線(xiàn)路避雷器的缺陷與對(duì)策分析

王樹(shù)軍 于長(zhǎng)任

【摘 ?要】避雷器連接在線(xiàn)纜和大地之間，通常與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。避雷器可以有效地保護(hù)通信設(shè)備，一旦出現(xiàn)不正常電壓，避雷器將發(fā)生動(dòng)作，起到保護(hù)作用。當(dāng)通信線(xiàn)纜或設(shè)備在正常工作電壓下運(yùn)行時(shí)，避雷器不會(huì)產(chǎn)生作用，對(duì)地面來(lái)說(shuō)視為斷路。一旦出現(xiàn)高電壓，且危及被保護(hù)設(shè)備絕緣時(shí)，避雷器立即動(dòng)作，避雷器能夠吸收雷電的能量，從而限制電壓幅值[1]，保護(hù)通信線(xiàn)纜和設(shè)備絕緣。當(dāng)過(guò)電壓消失后，避雷器迅速恢復(fù)原狀，使通信線(xiàn)路正常工作。

【關(guān)鍵詞】避雷器;斷路;保護(hù)設(shè)備;不正常電壓;限制電壓幅值;恢復(fù)原狀

The arrester is connected between the cable and the ground，usually in parallel with the protected equipment.The arrester can effectively protect communication equipment.Once abnormal voltage occurs，the arrester will act and play a protective role.When the communication cable or equipment operates under normal operating voltage，the arrester will not work and is regarded as a circuit breaker for the ground.Once a high voltage occurs and the insulation of the protected equipment is endangered，the arrester acts immediately，directing the high voltage impulse current to the earth，thus limiting the voltage amplitude and protecting the insulation of communication cables and equipment.When the overvoltage disappears，the arrester quickly restores to its original state，which makes the communication line work normally.

Key words：lightning arrester;circuit breaker;protective equipment;abnormal voltage;limiting voltage amplitude;restoring the original state

一、引言

資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，由于雷擊引起的輸電線(xiàn)路故障在全部線(xiàn)路故障中排列更高[2]，如圖1所示。本課題旨在研究改進(jìn)避雷器設(shè)計(jì)，增加引線(xiàn)防風(fēng)振設(shè)計(jì)，研制一種防風(fēng)偏避雷器引線(xiàn)，改進(jìn)連接方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制一種避雷器連接部位固定裝置，從而在設(shè)計(jì)層面解決避雷器風(fēng)振缺陷問(wèn)題，為冀北地區(qū)輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。節(jié)省改造成本、減少運(yùn)維難度，保護(hù)電力設(shè)備免受雷擊跳閘，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)冀北地區(qū)輸電線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

二、目前避雷器缺陷分析

輸電線(xiàn)路避雷器是線(xiàn)路防雷的重要措施，是維持電力系統(tǒng)可靠，持續(xù)供電的重要環(huán)節(jié)[3]，特別是多雷害地區(qū)，隨著線(xiàn)路逐年增多，線(xiàn)路避雷器安裝數(shù)量也逐年增多，經(jīng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及線(xiàn)路避雷器事故典型案例分析來(lái)看，目前避雷器的設(shè)計(jì)缺陷及安裝方式存在一定的隱患，給線(xiàn)路運(yùn)行安全造成重大威脅，目前，冀北地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)220kV線(xiàn)路由于安裝方法及避雷器本體問(wèn)題造成的線(xiàn)路故障。通過(guò)對(duì)避雷器故障原因分析及大范圍110kV及220kV避雷器本體隱患排查分析，總結(jié)主要原因如下：

第一、現(xiàn)有避雷器存在部分設(shè)計(jì)缺陷：1.缺少引線(xiàn)防風(fēng)振設(shè)計(jì)，導(dǎo)致避雷器引線(xiàn)由于風(fēng)振問(wèn)題經(jīng)常損壞斷開(kāi)，造成避雷器部分功能失效，給設(shè)備運(yùn)行造成隱患。2.避雷器本體與間隙絕緣子之間的連接方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致本體與間隙之間在風(fēng)振時(shí)無(wú)法保證良好連接。

第二、輸電線(xiàn)路避雷器廠家眾多，產(chǎn)品型式不一，型號(hào)眾多，避雷器限于桿塔型式的局限性及安裝的差異性，各地區(qū)、各廠家的避雷器安裝方式不統(tǒng)一，缺少統(tǒng)一的安裝方式，在實(shí)際安裝中安裝方式隨意性較大，安裝規(guī)范性差，安裝質(zhì)量參差不齊。

第三、不同廠家的線(xiàn)路避雷器各項(xiàng)安全尺寸各式各樣，缺少?lài)?yán)格統(tǒng)一的安裝合格標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致安裝驗(yàn)收難以分辨是否合格，驗(yàn)收效果不佳。

本課題旨在研究改進(jìn)避雷器設(shè)計(jì)，增加引線(xiàn)防風(fēng)振設(shè)計(jì)，研制一種防風(fēng)偏避雷器引線(xiàn)，改進(jìn)連接方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制一種避雷器連接部位固定裝置，從而在設(shè)計(jì)層面解決避雷器風(fēng)振缺陷問(wèn)題;研究避雷器的安裝過(guò)程，編制一套適應(yīng)范圍廣、可操作性強(qiáng)、安裝效果安全可靠的避雷器安裝安裝標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，解決避雷器安裝不規(guī)范，安裝質(zhì)量差的問(wèn)題;研究不同避雷器的結(jié)構(gòu)特性及安全尺寸特性，編制一套避雷器安裝合格標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收規(guī)范，從而解決避雷器缺少?lài)?yán)格統(tǒng)一的安裝合格標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。

針對(duì)冀北某地區(qū)線(xiàn)路避雷器（2010年-2017年）運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1：

三、不同風(fēng)振情況下的分析和對(duì)策實(shí)驗(yàn)

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，我們進(jìn)行了嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)的分析論證，增加引線(xiàn)的固定點(diǎn)，研制球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子，分析避雷器與導(dǎo)線(xiàn)夾角，避雷器與支撐絕緣子夾角，避雷器與支撐絕緣子所在平面與導(dǎo)線(xiàn)夾角之間的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)達(dá)到減少引線(xiàn)斷裂、掌握安全尺寸的范圍，制訂一套完整的安裝標(biāo)準(zhǔn)的目的，從而保證輸送線(xiàn)的正常運(yùn)行，減少安全隱患，減少維護(hù)費(fèi)用。

實(shí)驗(yàn)分析

a.避雷器引線(xiàn)由于風(fēng)振問(wèn)題經(jīng)常損壞斷開(kāi)，造成避雷器部分功能失效，給設(shè)備運(yùn)行造成隱患。

改進(jìn)避雷器引線(xiàn)與避雷器及計(jì)數(shù)表連接部位的連接方式，從而增加引線(xiàn)連接可靠性;將引線(xiàn)分段用絕緣子進(jìn)行相關(guān)固定，減少引線(xiàn)的長(zhǎng)跨度問(wèn)題，加裝結(jié)構(gòu)合理的防振阻尼，從而減少風(fēng)振能量，保護(hù)引線(xiàn)的連接。結(jié)合不同阻尼特性的防振阻尼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出連接方式及阻尼特性與風(fēng)振損害的相關(guān)關(guān)系，從而改進(jìn)避雷器引線(xiàn)的防風(fēng)振性能。

b.避雷器和絕緣子串基本裝配結(jié)構(gòu)中均具備球頭與碗頭的配套組裝結(jié)構(gòu)，用以完成相關(guān)配合件的可靠裝配。實(shí)際工況中，由于通常輸變電設(shè)備都會(huì)布置于野外，在大風(fēng)作用下，尤其是風(fēng)力較大以至于使輸變電設(shè)備產(chǎn)生結(jié)構(gòu)震動(dòng)時(shí)，極易導(dǎo)致球頭與碗頭的適配結(jié)構(gòu)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重的甚至?xí)苯訉?dǎo)致裝配結(jié)構(gòu)失效和組件脫落，給相關(guān)的輸變電線(xiàn)路穩(wěn)定可靠運(yùn)行造成不利影響。

研制一種線(xiàn)路金具防脫裝置，包括與碗頭配合的前置體和后置體。

前置體與后置體間通過(guò)緊固件可靠固定并圍成可與碗頭外周面緊密貼合并套裝適配的空腔，通過(guò)緊固件將前置體和后置體可靠裝配，并使前置體和后置體分別貼合套裝于碗頭的外部和后部，從而在輸變電設(shè)備的后續(xù)使用過(guò)程中能夠有效保證碗頭和球頭的結(jié)構(gòu)可靠性。

避雷器與絕緣子的連接部位在能夠保證穩(wěn)定的同時(shí)還應(yīng)能夠自由，為此T型卡子有一為球頭活動(dòng)預(yù)留的豁口。保證球頭可以在安裝時(shí)有正常的角度，T型卡子的寬度能夠保證高出球頭掛環(huán)脫出的高度，即起到擋住球頭掛環(huán)脫落的目的。U型卡子中間有一防止銷(xiāo)子脫落的鐵塊。安裝時(shí)將銷(xiāo)子卡住防止脫落或變形、同時(shí)鐵堵頭具有防止卡子脫落的功能。連接螺栓為帶彈簧墊的防松螺栓，螺栓有開(kāi)口銷(xiāo)子的插口。從而有效防止避雷器脫落和絕緣子串掉串等事故發(fā)生。

c.測(cè)量避雷器安裝后對(duì)桿塔橫擔(dān)距離，避雷器與導(dǎo)線(xiàn)夾角，避雷器與支撐絕緣子夾角，避雷器與支撐絕緣子所在平面與導(dǎo)線(xiàn)夾角等多組數(shù)據(jù)，以該數(shù)據(jù)為依據(jù)利用軟件建模，模擬不同尺寸下的風(fēng)振特性，得出能夠保證避雷器在長(zhǎng)期風(fēng)振下安全的各個(gè)尺寸數(shù)據(jù)，制訂標(biāo)準(zhǔn)化工作流程，能夠保證避雷器安裝質(zhì)量的目的。

d.組建研究團(tuán)隊(duì)全程跟蹤承德地區(qū)110kV及220kV技改大修項(xiàng)目的避雷器安裝過(guò)程，以圖象，視頻的形式記錄避雷器的安裝過(guò)程及安裝工藝，研究不同型號(hào)避雷器，在輸電線(xiàn)路不同塔形的安裝過(guò)程，分析不同安裝流程與安裝效果的關(guān)系，保證避雷器安裝質(zhì)量的目的。

四、在冀北工程中的實(shí)際應(yīng)用：

在冀北××線(xiàn)××工程中嚴(yán)格按照避雷器施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)以及嚴(yán)格把控避雷器與支撐絕緣子所在平面與導(dǎo)線(xiàn)夾角進(jìn)行安裝，并對(duì)引線(xiàn)進(jìn)行多點(diǎn)固定，在帶間隙式避雷器和絕緣子串安裝球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子;目前運(yùn)行穩(wěn)定，有效防止避雷器脫落和絕緣子串掉串，防止發(fā)生引線(xiàn)風(fēng)振斷線(xiàn)導(dǎo)致避雷器失效，防止發(fā)生避雷器風(fēng)偏損壞造成輸電設(shè)備故障，防止避雷器因安裝不合格而導(dǎo)致風(fēng)偏不穩(wěn)固的問(wèn)題，提高了避雷器風(fēng)振安全穩(wěn)定性，提高了輸電設(shè)備的安全穩(wěn)定性，減少避雷器故障導(dǎo)致的停電，保證輸電線(xiàn)路供電安全，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

五.創(chuàng)新成果推廣方向

創(chuàng)新成果分為四部分，避雷器連接引線(xiàn)成果適用于所有110kV及220kV輸電線(xiàn)路避雷器，可推廣應(yīng)用于所有風(fēng)偏嚴(yán)重地區(qū)的輸電線(xiàn)路避雷器，同時(shí)該引線(xiàn)對(duì)避雷器本體、附件及安裝不產(chǎn)生影響，便于推廣應(yīng)用與所有避雷器生產(chǎn)廠家及輸電線(xiàn)路運(yùn)維單位。避雷器連接固定裝置對(duì)避雷器避雷器本體、附件及安裝不產(chǎn)生影響，本裝置僅需加裝與避雷器固定連接部位，同時(shí)該固定裝置成本低，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，便于推廣應(yīng)用于存在避雷器風(fēng)振地區(qū)已安裝避雷器輸電線(xiàn)路及新安裝避雷器線(xiàn)路。避雷器安裝標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)能夠?yàn)楸芾灼靼惭b提供標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)，具有適應(yīng)性強(qiáng)，通用性高，能夠推廣于避雷器安裝施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)中，規(guī)范避雷器安裝流程，保證避雷器安裝質(zhì)量。避雷器安裝合格標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范能夠?yàn)楸芾灼靼惭b是否合格提供檢驗(yàn)依據(jù)，推廣于避雷器施工安裝驗(yàn)收中，保證避雷器安裝驗(yàn)收合格，防止避雷器安裝不合格導(dǎo)致風(fēng)偏損壞故障。

結(jié)合承德地區(qū)避雷器及絕緣子缺陷的特點(diǎn)，制作了新制作的球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子，實(shí)用性強(qiáng)。特別適用于風(fēng)害較嚴(yán)重的地區(qū)，如壩上大風(fēng)地區(qū)，微地形等 特殊區(qū)段適用，可有效避免球頭掛環(huán)與碗頭掛板脫落故障。可在所有架空輸電線(xiàn)路上應(yīng)用、適用范圍較廣。

六、結(jié)論

通過(guò)在冀北（承德）地區(qū)進(jìn)行不同方式模擬的防風(fēng)振實(shí)驗(yàn)。得出以下結(jié)論：

目前研制的球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子可有效防止避雷器脫落和絕緣子串掉串，且效果良好，可大規(guī)模推廣。

綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)的安裝流程和安全尺寸的規(guī)范化可以保證避雷器的安裝效果更好，并對(duì)引線(xiàn)防范風(fēng)振起到一定的作用?？梢杂行У臏p少相關(guān)故障的出現(xiàn)，減少相關(guān)的維修和故障排查的高額費(fèi)用，避免了相關(guān)區(qū)域停電造成各工作的暫停，避免了因?yàn)榫o急停電造成的安全事故的發(fā)生。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司）