突破關(guān)鍵技術(shù)確保1000KV特高壓避雷器可靠運(yùn)行

閆亮宇

【摘? 要】文章介紹了避雷器的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)，闡述了1000kV特高壓避雷器的關(guān)鍵技術(shù)：保護(hù)特性、老化特性、機(jī)械特性、電流分布、電壓分布、能量吸收能力及瓷套的整體成型和噪聲及表面電場強(qiáng)度的控制。

【關(guān)鍵詞】特高壓;氧化鋅避雷器;電壓分布：抗震試驗;壓力釋放能力;電場強(qiáng)度

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、高速發(fā)展，電力能源供求矛盾日趨尖銳?？鐓^(qū)域、大容量、長距離輸電工程迎來了快速發(fā)展的時期。避雷器是電力系統(tǒng)中重要的保護(hù)設(shè)備，能夠限制系統(tǒng)的過電壓，降低系統(tǒng)的絕緣水平。廣泛應(yīng)用于各個電壓等級的電力系統(tǒng)中，極大地提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于1000kV特高壓系統(tǒng)電壓等級很高，相關(guān)設(shè)備制造的體積和造價及其運(yùn)行的可靠性，在很大程度上取決于系統(tǒng)的絕緣水平，因此研制性能優(yōu)異的避雷器，對于建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠的特高壓電網(wǎng)具有深遠(yuǎn)而重大的意義。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《1000kV系統(tǒng)用瓷外套無間隙金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范》，撫瓷公司對1000Kv特高壓系統(tǒng)用氧化鋅避雷器進(jìn)行設(shè)計、研制，對1000kV避雷器的關(guān)鍵技術(shù)：保護(hù)特性、老化特性、機(jī)械特性、電流分布、電壓分布、能量吸收能力及瓷套的整體成型，噪聲及表面電場強(qiáng)度的控制等多方面進(jìn)行了分析、研究;結(jié)合我廠已生產(chǎn)供貨的500、750kV避雷器技術(shù)特性，制定了1000kV超高壓系統(tǒng)用的氧化鋅避雷器的設(shè)計方案及生產(chǎn)工藝流程。

1 1000kV避雷器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

避雷器總高13125mm，元件高度2360mm，瓷件為大小傘、傘下無棱光傘結(jié)構(gòu)。最大外傘徑φ750mm，總重7500kg。避雷器由5節(jié)相互獨(dú)立元件串聯(lián)組成，每節(jié)元件之間由墊板隔開，避雷器上部裝有一均壓環(huán)，下部通過絕緣底座與基礎(chǔ)相固定。均壓環(huán)為四環(huán)三層結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為鋁合金。最大環(huán)外徑φ3660mm，下潛深度2300mm，鋁管外徑φ200mm。

避雷器元件內(nèi)部采用φ136mm電阻片四柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每節(jié)元件內(nèi)的四柱電阻片由均流連接板將其分成5組;每組由8-9片串聯(lián)4柱并聯(lián)，以保證電流分布系數(shù)小于1 08。避雷器用瓷套內(nèi)徑m500mm，外徑φ600mm：大傘伸出75ram、小傘伸出55mm、傘間距80mm，單節(jié)最小爬電距離6600mm，避雷器爬電距離不小于330000mm。

2 1000kV避雷器關(guān)鍵技術(shù)

2.1 高性能電阻片的應(yīng)用

由于1000kV避雷器用電阻片對通流能力、伏安特性、壓比性能等均要求較高，針對這些特點(diǎn)，采用了新的電阻片配方，配方組成上減少了影響通流能力的不良組分，合理優(yōu)化各組分元素的添加量，制定合理的制作工藝，使配方各方面性能有了很大提高。

氧化鋅電阻片直流1mA參考電壓電位梯度的提高（每毫米240～260V）有效降低了電阻片的壓比，增加了單個電阻片的能量吸收能力。電位梯度的提高減少了電阻片的數(shù)量，使避雷器的本體電容量增加，這對避雷器的電位均勻分布是有利的：

（1）氧化鋅電阻片壓比的降低，撫瓷公司依據(jù)現(xiàn)有氧化鋅避雷器所用的高性能配方為基礎(chǔ)再進(jìn)行調(diào)整和完善，最墊達(dá)到了K20kA3。

（3）通過改進(jìn)避雷器電阻片的熱處理等工序的工藝，結(jié)合調(diào)整配方，使電阻片的老化特性得到了改善。試驗結(jié)果電阻片通過了荷電率為95%、時間1000h、溫度115℃的加速老化試驗，老化系數(shù)為0.8。

2.2 避雷器電位分布均勻

避雷器電壓分布直接影響避雷器的使用毒命。由于避雷器的總高達(dá)到13米，這使其對地的雜散電流更不均勻，如何并聯(lián)補(bǔ)嘗電容，使其電壓分布均勻就尤為重要。另一方面，由于采用高梯度電阻片使避雷器所需電阻片串聯(lián)數(shù)量減少很多和四柱電阻片并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，從而避雷器的本體的電容量大大增加，減小了雜散電流對避雷器本體的影響，這對避雷器的電位分布是有利的。這也是為什么1000kV進(jìn)雷器的電位不均勻系數(shù)比500kV、750kV避雷器小的原因。

2006年10月在東北電科院戶外試驗場進(jìn)行了避雷器的電位分布實(shí)測，試驗方法為光纖一電流法。實(shí)驗結(jié)論：K=0.068符合1000kV系統(tǒng)用瓷外套金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范中帶均壓電容的避雷器電壓分布不均勻系數(shù)不應(yīng)大于0.15的要求。

2.3 電流分布均勻

為降低被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平和避雷器高吸收能量的要求，避雷器設(shè)計成四柱電阻片柱并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。由于采用多柱電阻片并聯(lián)，能量在每個柱之間的平均分配是避雷器穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。電阻片制造工藝的因素，電阻片的伏安特性存在一定的差異。因此要保證避雷器整體的吸收能量必須使避雷器吸收的能量在各柱之間均勻分擔(dān)。因為所有電阻片柱上的電壓都相同，所以能量的分配等于電流的分配。由于制造的偏差，各柱之間的電流會有一定的差別，避雷器殘壓最低的柱會吸收比其它柱更多的能量，但通過大量的試驗驗證，電阻片配組時只要考慮每組電阻片U1mA值盡量相同（可控制在0.6%以內(nèi)），電流均勻分布系數(shù)β可控制在1.06以內(nèi)。

2.4 避雷器通過地震烈度為8度的抗震試驗

1000kV避雷器外形高大、自重達(dá)7500kg，設(shè)備的機(jī)械性能和抗震性能就顯得尤為重要。產(chǎn)品所用瓷外套是由撫瓷公司自行研制的整體成型瓷套，瓷套外根徑φ600mm，壁厚50mm最小可以承受抗彎強(qiáng)度300kN·m。2010年11月在中國建筑科學(xué)研究院試驗基地進(jìn)行了避雷器抗震試驗。避雷器為無隔震結(jié)構(gòu)，地震烈度8度水平加速度0.18g、垂直加速度0.12g，地震波為正弦、共振拍波。

2.5 避雷器的噪聲及表面電場強(qiáng)度

隨著電壓等級的不斷提高，噪聲及電場干擾越來越受到重視。撫瓷公司避雷器采用φ200mm的大管徑均壓環(huán)有效的降低噪聲及電場干擾。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與西安交通大學(xué)進(jìn)行避雷器表面場強(qiáng)及距地面1.5m最大場強(qiáng)計算驗證。計算結(jié)果完全滿足國網(wǎng)公司所提的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)論如下：

（1）在施加635kV最大相電壓的情況下，均壓環(huán)表面電場強(qiáng)度最大為11.2kV/cm在最下環(huán)。因此，均壓環(huán)表面電場強(qiáng)度在最大運(yùn)行相電壓時是非常低的，不會產(chǎn)生電暈或者放電，因此是安全可靠的。

（2）各閥片承擔(dān)電壓是比較均勻的，避雷器閥片的電場強(qiáng)度最大值為0 79kV/cm，因此閥片的工作條件是安全可靠的。

（3）瓷套表面最大切向電場強(qiáng)度值為1.79kV/cm，小于4kV/cm。這對于瓷外套絕緣來說是能夠避免閃絡(luò)發(fā)生的，因此從瓷套的角度來講，該氧化鋅避雷器是可以安全可靠運(yùn)行的。

（4）在目前的結(jié)構(gòu)尺寸下，當(dāng)此氧化鋅避雷器正常運(yùn)行時，在1.5m高處的電場強(qiáng)度最大值為9.356kV/m，滿足了小于10kV/m的要求。

3 結(jié)論

通過對1000kv避雷器用高性能電阻片多處并聯(lián)情況下的保護(hù)性能、老化性能、電流分布特性和產(chǎn)品整體的點(diǎn)位分布、抗震性能、壓力釋放、避雷器表面噪音和電場強(qiáng)度等方面的研究，掌握了1000kV避雷器用高性能電阻片的研制技術(shù)，能夠研制出滿足特高壓交流系統(tǒng)用避雷器。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家電網(wǎng)，公司.1000kV交流特高壓試驗示范工程主設(shè)備技術(shù)條件書IP-10[S].2006

[2]洱勝昌，郭潔.1000kV交流系統(tǒng)用氧化鋅避雷器三維電場計算報告[R]2007.