配电网架空线路并联可调间隙保护装置研究

林清

摘 要：与输电线路相比较，配电线路的电压低，所以，配电网一般会使用安装避雷器或加强绝缘的方法进行防雷，而并非是用耦合地线、架设避雷线的方式。其采用的这两种方法都有着局限性，如果配电网架空线路受到雷击，就可能会导致短线、绝缘子损坏而使裸导线落在横担上，从而引起事故的发生。本篇论文对配电网架空线路的并联可调间隙保护装置作了研究。

关键词：配电网；架空线路；并联；可调间隙；保护装置

目前的配电网架空线路，绝缘水平较低，不仅受到雷击时会发生事故，感应雷的过电压也会发生雷害事故，安装避雷器或加强绝缘的方法并不能起到有效的保护作用。而并联可调间隙保护装置是一种简单、实用的输电线路防雷技术。

1 可调间隙保护装置对线路的影响

没有安装可调间隙保护装置的配电架空线路，在杆塔受到雷击时，如果其承受的过电压值超过了绝缘子50%冲击击穿电压，就会发生闪络现象。相对，安装了可调间隙保护装置的配电架空线路，在发生同样的情况时，只要过电压值小于保护间隙的一半，就不会发生闪络现象。

安装了可调间隙保护装置后，由于部分爬距被短接了，使建弧率提升、线路击穿电压下降，因此跳闸率得到了提高，线路耐雷水平下降，但是仍在可以接受的范围之内。通过增添绝缘子的片数等方法，提高绝缘子串的绝缘水平，既可以减小装置对跳闸率和线路防雷水平的影响，又可以保证装置保护的效果。

2 可调间隙保护装置的构成

绝缘子串、导线侧电极和接地侧电极构成了并联可调间隙保护系统。其具体的组成是：在绝缘子串的两端连接上导线侧电极和接地侧电极，在导线侧电极和接地侧电极之间构成以空气为绝缘介质并与绝缘子串并联的保护间隙，并使保护间隙的长度小于绝缘子串的串长，在配电网架空线路在受到雷击时，并联间隙中会形成放电通道。

装置是由可调固定支架、接地球形电极、导线球形电极和固定金具构成的。导线固定住上下固定金具并连接导线球形电极，导线与固定线夹连接了接线球形电极，通过可调固定支架，接地球形电极支撑于线路横担上，并保持接地。可以通过调整螺丝调整间隙的大小，从而使放电电压保持低于雷击击穿电压的状态。

3 可调间隙保护装置的原理

在绝缘子串旁边讲一对金属电极并联，构成保护间隙，依据绝缘子50%雷击击穿电压的实验值，通过调整螺丝调整间隙的大小，使该装置的间隙放电电压保持低于绝缘子串的放电电压，根据实际情况，对上下间隙的大小进行调整，从而有效地保护了绝缘子串和输电线路。

4 可调间隙保护装置的实验

4.1 伏秒特性实验

因为间隙击穿存在延时现象，而雷电冲击电压持续的时间比较短，所以只靠冲击击穿电压来表现击穿电压的特征是不够的。

实验步骤：保持冲击电压的波形不变、放电间隙的距离不变，逐渐提升电压，使空气间隙发生击穿现象。在实验过程中，记录下击穿时间、击穿电压峰值与电压的波形。下面列出的是以P15型绝缘子为对象的伏秒特性实验的数据。

安装可调间隙保护装置的绝缘子：

放电路径：间歇性放电；击穿电压峰值（kV）：122.1、129.2、141.2、179.9、201.1、226.7；对应击穿时间（s）：8.90、4.60、2.93、1.76、1.32、1.13s。

未安装可调间隙保护装置的绝缘子：

放电路径：沿绝缘子表面而闪络；击穿电压峰值（kV）：122.5、129.7、136.9、179.9、198.8、227.1；对应击穿时间（s）：11.20、7.40、3.75、2.07、1.53、1.35。

由以上的数据可以看出，安装可调间隙保护装置后，线路有50%电压下降了大约10%，放电路径在球形电极之内，绝缘子与可调间隙保护装置构成了很好的配合，拥有良好的引雷效果，有效地避免了绝缘子的炸裂、损坏，从而降低了由于雷击事故造成的经济损失和人员伤亡。

4.2 放电实验

现实发生的雷击事故中，有80%以上的负极性雷电，所以，在这个实验之中，采用的是负极性雷电波。

本次试验采用的是内插法，在每一个电压等级下对绝缘子重复做十二次的冲击电压实验，从而得到绝缘子的50%雷电放电电压。在进行实验的过程中，保持雷电的冲击电压不变，只调整间隙的大小，利用内插法找出雷电冲击电压峰值的大小是该装置放电概率是50%的间隙宽度。

实验数据如下：

对象：未安装可调间隙保护装置；放电路径：绝缘子表面；冲击电压发生每级电压（kV.级）：14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、18.5、19.0、20.0、21.0；冲击电压峰值：106.4、114.3、122.6、129.2、136.9、141.7、145.7、152.2、160.3；绝缘子闪络概率（%）：0.0、0.0、8.3、8.3、25.0、33.3、41.6、75.0、100.0。

通过对实验的数据进行分析，可以得出P15型绝缘子的50%雷电冲击电压为15.2乘以50%-41.6%加上145.4乘以75%-50%的和，再除以75%-41.6%，等于147.1kV。由87.5乘以50%-33.3%加上85乘以83.3%-50%的和，再除以83.3%-33.3%，可以得出间隙距离为85.8mm。

将间隙距离调整为85.8mm后，通过对其施加不同的电压，可以发现，安装了可调间隙保护装置之后，电弧放电的路径在保护了球形电极之后，会自动的熄灭。由此，可以明确安装可调间隙保护装置可以引导雷电流入地面，从而起到保护配电线路的作用。

5 结语

综上所述，本文对可调间隙保护装置对配电网架空线路的影响、构成及工作原理进行分析，并通过伏秒特性实验和放电实验，得出了如下结果：安装可调间隙保护装置能够保护配电网的架空线路，减少裝置对线路的跳闸率和耐雷水平的影响，也可以降低雷击断线事故发生的概率，从而可以减少因此类事故带来的人员伤亡和经济损失。希望本文能对深受雷击断线事故困扰的地方和人员有所帮助。

参考文献：

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