一种线路终端避雷方法与流程

本发明属于电力系统避雷技术领域，具体涉及一种线路终端避雷方法。

背景技术：

变电站的危险之一是来自雷击线路近端产生的雷电波入侵。当变电站线路断路器处于热备用、跳闸后重合闸前、跳闸后不重合等3种状态时，断路器断口、电流互感器等均脱离了母线避雷器的保护，此时雷击出线近端产生的雷电波沿线路传输到断路器断口时会发生全反射，当忽略雷电波在短导线传输的衰减时，反射波叠加入射波使断口的雷电过电压翻倍,从而产生很高幅值的雷电过电压，使断路器、电流互感器等内绝缘击穿损坏，而工频续流不能及时切除，将导致设备爆炸。

为防止雷击跳闸期间再落雷打坏已跳开的断路器断口，一般要求在雷电频繁的输电线路终端加装金属氧化物避雷器。对部分投运后的220kV线路进行抽样检查后，发现由于场地所限无法在变电站围墙内加装变电站型避雷器的线路，一般都在终端塔上加装了线路避雷器。该类避雷器因难以做到每年定检，为避免雷害击穿造成短路，它常采用带串联绝缘子间隙的金属氧化物避雷器。另外，部分220kV线路间隔即使变电站内场地足够，但由于设计习惯或者是设计人员复制其他工程图纸等原因，也采用了线路终端塔加装带间隙避雷器的方式。而这类避雷器却存在与变电站内断路器、电流互感器等设备绝缘水平不匹配的缺陷，因此无法对断路器断口形成有效的保护。

放电间隙的结构形式直接决定避雷器的冲击放电保护性能，因此带间隙的线路型金属氧化物避雷器的保护特性取决于外串间隙的冲击放电电压值。根据中华人民共和国电力行业标准(DL/T 815-2012)《交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器》，220kV线路型避雷器的冲击放电电压为900kV，而220kV线路断路器的额定雷电冲击耐压为1050kV，看似线路型避雷器的冲击放电电压能对220kV线路断路器形成保护作用，其实不然。

下面以三个实例说明：

实例一：2016年某省甲地区某220kV变电站一220kV出线C相导线在距变电站7.5km处遭受同一落雷的连续4次雷击放电，最终导致变电站断路器断口被多次击穿。击穿的断口与绝缘子周边的游离空气形成闭合回路为短路电流提供通路，导致变电站内继电保护多次动作，跳开三相开关，并闭锁线路重合闸，造成了五级电力安全事件。事后检查线路终端塔安装的避雷器(线路型，有间隔)完好、功能正常且故障时无动作记录。

实例二：2005年该省甲地区(与上例为同一地区)的另一220kV变电站的220kV出线断路器也发生了雷电波入侵，使断路器断口击穿，最终导致断路器爆炸，同时站内220kV母线停电引发多回220kV线路停电，扩大了停电范围。该线路也是采用在线路终端塔安装带间隙线路型避雷器的方式，事后检查避雷器功能完好，但未动作。

实例三：2014年该省另一地区的一个220kV变电站220kV出线断路器发生雷电波入侵，断路器断口被击穿，但断口自灭弧。该次雷电波入侵虽然没有导致断路器爆炸，但对断路器解体后发现其灭弧室触头严重烧蚀。

据调查，以上三个案例均采用在线路终端塔加装带间隙金属氧化物避雷器的方式，避雷器的放电电压值为900kV、残压值为600kV，而变电站内断路器的冲击耐压为1050kV。由于高压线路受到雷击后，雷电波传输到断路器断口会发生全反射，此时断口承受的电压将翻倍，即2倍雷电压。这时即便线路避雷器不动作，断路器断口也已经承受了峰值为2倍避雷器冲击放电电压(约1800kV)的过电压，若考虑与工频电压峰值叠加，断口甚至可能承受峰值为1980kV的过电压。当线路避雷器动作时，断路器断口承受的电压峰值为2倍避雷器残压(约1200kV)，若考虑与工频电压峰值叠加，则断口可能承受峰值为1380kV的过电压。

也就是说，不论线路型终端避雷器动作与否，断路器断口均可能承受1380kV至1980kV的冲击过电压，该电压值远大于断口的冲击耐压值1050kV，足以击穿断路器断口，说明线路型避雷器远远不能满足断路器断口的绝缘配合要求。且越接近但小于避雷器冲击放电电压的落雷会产生越大的过电压。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能避免在断路器跳闸后重合闸前线路再次遭受雷击时防止断路器断口被击穿或断路器爆炸，提高安全性和可靠性，提高保护裕度，节约成本的线路终端避雷方法及其装置。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种线路终端避雷方法，当变电站场地允许时，在变电站围墙内安装无间隙变电站型金属氧化物避雷器；当变电站场地不允许时，在变电站出线第一基杆塔处装设一组无间隙线路型金属氧化物避雷器。

所述无间隙变电站型金属氧化物避雷器的安装方法为：变电站围墙内，断路器连接电流互感器，电流互感器连接线路隔离开关，线路隔离开关连接龙门架，无间隙变电站型金属氧化物避雷器并联安装在线路隔离开关旁边。

所述无间隙线路型金属氧化物避雷器一端通过悬挂机构连接悬臂架，另一端通过脱离器连接输电线路；悬臂架和输电线路之间连接绝缘子串。

所述第一基杆塔与变电站的距离不超过50米。

所述第一基杆塔设在变电站围墙外。

所述无间隙变电站型金属氧化物避雷器或无间隙线路型金属氧化物避雷器与断路器断口的电气距离小于或等于(Uj-Ub5)/(2α/v)，其中，Uj为断路器的额定雷电冲击耐压值，Ub5为无间隙变电站型金属氧化物避雷器或无间隙线路型金属氧化物避雷器5KA下的残压值，v为波速，α为入侵雷电波的斜率。

所述无间隙变电站型金属氧化物避雷器或无间隙线路型金属氧化物避雷器的冲击放电电压和残压值均小于变电站内断路器断口冲击耐压值的一半。

本发明的优点在于：

1、本发明方法能从根本上对断路器、电流互感器等一次设备形成保护作用。金属氧化物避雷器选用的主要根据是绝缘配合，被保护设备的绝缘水平与避雷器的保护水平之比，对线路型无间隙避雷器来讲约1.7，而对线路型有间隙避雷器来讲约1.15～1.2，显然前者的保护裕度较大，而被保护设备越重要,保护裕度应越大。

2、本发明方法能避免在断路器跳闸后重合闸前，线路再次遭受雷击时，避免断路器断口击穿或断路器爆炸，节约修理或更换设备带来的二次投资。

3、本发明方法能够更真实、更彻底的落实电力行业反事故措施，具有推广前景。应用本方法可以从设计阶段就对新建、改扩建的线路终端避雷器进行更正，避免造成更大的电力安全事件。在变电站围墙外近端建设线路第一基塔，并在第一基杆塔处装设一组无间隙线路型金属氧化物避雷器，既可节省变电站使用面积；又可减少运维工作量。

附图说明

图1是本发明方法在变电站围墙内安装无间隙变电站型金属氧化物避雷器的结构示意图。图中：1、断路器；2、电流互感器；3、线路隔离开关；4、龙门架；5、无间隙变电站型金属氧化物避雷器；6、线路电压互感器；7、围墙。

图2是本发明方法安装无间隙线路型避雷器的结构示意图，图中，1、悬臂架；2、绝缘子串；3、输电线路；4、脱离器；5、无间隙线路型金属氧化物避雷器；6、接地跨接线；7、悬挂机构，8、挂吊装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。

一种线路终端避雷方法，考虑到对电气距离的要求，当变电站场地允许时，在变电站围墙内安装无间隙变电站型金属氧化物避雷器；当变电站场地不允许时，在变电站出线第一基杆塔处装设一组无间隙线路型金属氧化物避雷器。

如图1所示，所述无间隙变电站型金属氧化物避雷器5的安装方法为：在变电站围墙7内，变压器输出电源线连接断路器1，断路器1连接电流互感器2，电流互感器2连接线路隔离开关3，线路隔离开关3的输出线路连接到龙门架4后出线。无间隙变电站型金属氧化物避雷器5安装在线路隔离开关4旁边，无间隙变电站型金属氧化物避雷器5一端电线连接线路隔离开关3的输出线路，另一端电线连接线路电压互感器6。

如图2所示，所述无间隙线路型金属氧化物避雷器5一端通过悬挂机构7连接悬臂架1，另一端通过脱离器4连接输电线路3；绝缘子串2一端通过挂吊装置8连接悬臂架1，另一端连接输电线路3。无间隙线路型金属氧化物避雷器5通过接地跨接线6接地。

所述无间隙变电站型金属氧化物避雷器或无间隙线路型金属氧化物避雷器与断路器断口须满足以下电气距离才能有效保护断路器断口：

当输电线路遭受雷击时，一般变电站雷电入侵波为指数函数的斜角波，设为u＝αt，u为入侵雷电波的电压、α为入侵雷电波的斜率、t为时间，若所述避雷器与断路器断口的电气距离为L，则断路器断口承受的最大电压值Ud为：

Ud＝Ub5+2α*L/v (1)

其中，Ub5为所述避雷器5kA下的残压值；v为波速。

式(1)表明，当所述避雷器与断路器断口的电气距离L不等于零时，断路器断口承受的最大冲击电压值比Ub5高ΔU，ΔU＝2α*L/v，且距离越远，ΔU越大。

设断路器的额定雷电冲击耐压用Uj表示，为使避雷器能对断口形成有效保护，则要求：

Ud≤Uj

即：Ub5+2α*L/v≤Uj

得：L≤(Uj-Ub5)/(2α/v)

也就是说，当所述避雷器与断路器断口的电气距离小于或等于(Uj-Ub5)/(2α/v)时，能有效保护断路器断口。

在变电站出线第一基杆塔处装设一组无间隙线路型金属氧化物避雷器，但是该基杆塔与变电站的距离不宜超过50米，最佳方案是：在变电站围墙外附近建设第一基杆塔，并在第一基杆塔处装设一组无间隙线路型金属氧化物避雷器，既可节省变电站使用面积；又可减少运维工作量。

所述无间隙变电站型金属氧化物避雷器或无间隙线路型金属氧化物避雷器的冲击放电电压和残压值均小于变电站内断路器断口冲击耐压值的一半。

某220kV变电站采用本发明方法在离变电站40米的出线第一基杆塔处装设一组无间隙线路型金属氧化物避雷器，在2016年上半年多次遭受雷击均正确动作，有效保护了断路器断口。