线路避雷器设计技术

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1、线路避雷器设计技术http://news.byf.com2009年03月20日来源：慧聪网摘要：文章对硅橡胶材料的优异性能从机理上作出了解析，指出甲基是憎水性的根源，氢氧化铝是耐电蚀的主体，防爆设计应采用楔形嵌槽，并将Solidworks三维电场计算与光纤实测相结合寻找最佳电位分布。作者还对避雷器爬电比距的选择提出新的观点，分析了线路避雷器具备的优缺点。   关键词：避雷器；雷击闪络；过电压；硅橡胶；氧化锌电阻片   1、引言   安全送电、防止因线路故障而跳闸是当前输变电工业的重要课题之一。雷击引起线路绝缘子串闪络及雷电波入侵变电站所造成的停电事故，在我国南方各省已

2、占输电线路闪络事故的60%，特别是110kV线路，平原地区雷击率为0.1~0.5次/100km·年，山区可达1~4次/100km·年[1]。加装线路避雷器（MOA）是防止雷击事故、减少跳闸率的有效方法之一[2]。   日本、美国、俄罗斯已有许多应用线路避雷器防止雷击闪络事故的成功报道。日本在20世纪90年代已有超过30000相77~500kV线路避雷器投入系统中使用，加装线路避雷器后取得了良好的效果[3]。   我国在此领域的研究起步较晚，这与硅橡胶复合外套技术在避雷器上的应用起步较晚分不开。截至目前，已研究制造出多种类型110~500kV线路避雷器，共有7610相在

3、系统中运行，收到良好的效果。我国线路避雷器分有串联间隙和无间隙两大系列。与国际上的不同之处是目前无间隙线路避雷器占50%以上。   2、线路避雷器设计技术   无间隙线路避雷器的成功应用得益于硅橡胶复合材料，它取代了原有瓷外套，使220kV避雷器的质量从260kg降至50kg以下，从而实现在杆塔上悬挂安装。有串联间隙线路避雷器由避雷器本体和外串联间隙组成。本体与普通的复合外套避雷器相当，外串联间隙（放电间隙）由两个环–环或棒–棒型放电电极组成。   避雷器本体两端采用金属法兰封口，内部装有非线性ZnO电阻片并用弹簧压紧的环氧玻璃纤维布筒，其外部采用硅橡胶伞裙包封。这样

4、，避雷器大大减少了因“漏气”而带来的受潮问题。   上、下法兰设计了经典的球头、球窝，分别与高压端、接地端连接。以2003年我国天生桥—广州线投入使用的500kV有间隙线路避雷器设计为例，除秉承电站避雷器技术基础外，还必须解决如下8点关键技术问题：   （1）优良性能的硅橡胶复合外套   采用硅橡胶等有机绝缘材料生产的避雷器复合外套必须具备耐天侯、抗紫外线、耐电蚀损等优良性能。与瓷套相比，硅橡胶复合外套在重量、耐污性能上占有很大优势，详见表1。复合外套可选用的材料、品种很多。   （2）具备耐久性粘接技术   避雷器在多年使用中要经受引线拉力、线震、风摆、冰雪等的作用

5、。上、下法兰与环氧玻璃纤维布筒的粘接部分是避雷器负载力传递区域，也是密封技术的薄弱环节。笔者认为，采用高温、高强度环氧浇合剂和倒锥形结构是目前最成功的设计之一，实践也证明了这一点。   （3）对接口的包封技术   包封硅橡胶复合外套上、下法兰与环氧玻璃布筒连接的外露面是避雷器加强密封的良策，也是防止电蚀损的又一有效措施。目前许多国外同类产品在工艺上亦未能实现这样的包封；但必须保证硅橡胶与法兰各种金属材料及热处理后的镀层之间有良好的粘合。此外，可在法兰上增加一个下大上小的槽形结构，以增强硅橡胶不出现脱胶的机械应力。   （4）防爆技术   为取得良好的防爆性能可在模压硫

6、化伞裙前将环氧玻璃纤维筒加工出长条梯形槽，并用专用楔形嵌件堵紧。梯形槽在避雷器故障时起排气作用，楔形嵌件保证注塑时硅橡胶不至于进入环氧玻璃纤维布筒内腔。梯形槽的长度、数量、防爆力须经严格计算及试验求得。该型避雷器在中国及俄罗斯都通过了40kA和800A的短路电流试验。   （5）吸收能量校核   有间隙线路避雷器由避雷器本体和外串联间隙构成。正常运行工况下避雷器本体的荷电率为10%以下，它主要承受雷击过电压，因此对它的其他技术性能要求大为降低。避雷器电阻片承受雷击过电压的能力极强，直径50mm的电阻片即能承受4/10ms、100kA大电流冲击。   （6）电位分布计算

7、与调整   330kV、500kV线路避雷器的突出技术问题是电位分布不均匀。与瓷套式避雷器不同，它是悬挂在空中的，必须采用三维电场、用有限元法计算其电位分布[5]。由于在结构上不能采用外并电容的均压措施。避雷器高度超过5m时，如不采取措施，其电位分布不均匀系数将达1.2，荷电率达98%。这将加速高场强处电阻片的老化。因此，通过SolidWorks三维设计及改善电位分布的设计，并通过改变均压环的数量、大小、放置位置及下垂深度等措施使500kV无间隙线路避雷器（5.4m高）电位分布不均匀系数限制在10.4%以下。   （7）避雷器内部负压问题   在避雷