500kV交流输电线路带电装拆雷器技术研究

沈杨　余祥勇　陈康

摘 要：目前，避雷器在500KV超高压交流输电线路防雷方面具有广泛的应用，而避雷器会不可避免的产生缺陷故障，因此合理、高效、安全的装拆避雷器技术有着重要的应用价值。本文对比分析了当前国内主流的更换避雷器方法，对其优缺点进行说明，并提出带电装拆避雷器的方法，就带电装拆避雷器技术做出阐述，分析其安全可行性和应用价值。

关键词：避雷器；带电装拆；500kV输电线路

我国地区地貌复杂多样，特高压输电线路不可避免的处于高土壤电阻率、多雷区、山脊、山坡迎风面等容易受到雷击的地区[1]。从安徽省的特高压电网可以看出，雷击事故已成为近几年来影响输电线路正常运作的最主要事故形式。为了降低因雷击引起的故障跳闸概率，近年来国网安徽省电力公司对省内途径山区、雷害严重区的500kV超高压交流输电线路采取了分批加装线路避雷器措施。

避雷器是用于避免雷电灾害事故的装置，在高电位设备和零电位中间连接，和需要被保护的设备并行连接。它可以保护设备，使其在正常工作条件下运作。在设备正常运作时，避雷器等效于开路，不会造成影响；当出现高压危害时，避雷器将高电压，大电流和大地之间形成回路，从而保护设备。当高电压过后，避雷器可以返回原来的工作状况，设备正常运行。输电线路避雷器（多指氧化锌避雷器）是一种性能优异的过电压保护设备，尤其是安装在雷电活动频繁、土壤电阻率较大、巡线困难的山区，可大幅降低架空输电线路的雷害事故率，该项措施对降低雷击事故灾害作用突出。

然而由于避雷器本身设计、制造工艺水平以及安装施工过程中的质量难以保障等因素，架空输电线路避雷器在长期运行过程中将会不可避免的出现缺陷或故障隐患，出现影响线路正常运行的危急隐患避雷器必须及时进行装拆处理，否则隐患进一步演变将可能造成线路故障或事故扩大化[2-4]。下面就现有装拆避雷器方法进行说明。

1 装拆避雷器方法研究现状

1.1 采用跌落式避雷器

跌落式避雷器是将避雷器改装后巧妙地安装在跌落式熔断器的跌落式架构上，可以借助绝缘拉闸杆方便地对避雷器进行装拆，检测，维修与更换。跌落式避雷器拆除较为方便，解决了原避雷器更换时需要拉闸断电的情况，并提高了电网的安全供电可靠性，减少了用户停电，免除了日常维修工作量，可带电更换，给电力线路的检修和维护带来了很大的便利条件，多用于低压配网中；而在高压输电线路应用中发现，跌落式避雷器安装在杆塔上方，而杆塔离地面较高，避雷器周围金具线路密集，空间狭窄，在装拆过程中，耗费时间较长。跌落直接造成避雷器损坏，易引起其他危险，在500kV交流输电线路中不具备使用的条件和应用价值。

1.2 停电检修避雷器

该种方法为目前最常用的高压输电线路更换避雷器的方法。该方法需提前将高低压杆塔全部断电，验电并装设地线，在确保安全的情况下由工作人员登塔进行作业，作业完成后再拆除地线恢复供电，该种方法适用范围广；但根据经验，500kV系统停电检修一次耗时约10h，作为主干网络，停一次电仅弥补电网停电检修的直接损失至少达百万元以上，给社会经济造成的损失更是不可估量。因此有必要对500KV线路避雷器装拆技术进行改进。

为了保证主网络可靠运行，减少停电损失及风险，国网公司明确提出：在对500kV输电骨干网架线路缺陷检修时严格按照“能带不停”的要求执行；带电检修作业技术的日益发展，广泛应用于保证电力资源可靠供应，具备广阔的应用前景。目前，关于带电作业的相关研究较多，但带电装拆避雷器作业研究国内外还尚未涉及。针对当前检修装拆避雷器的需要，本文对带电装拆避雷器的技术进行研究。

2 带电装拆避雷器技术研究

2.1 技术说明

带电拆除避雷器技术：通过消弧绳控制绳索保证避雷器与带电导体紧密接触状态下，等电位检修人员首先从带电导线下方处铁塔上通过绝缘软梯摆入带电导线下方位置，然后通过绝缘软梯下端控制绳索使绝缘软梯处于与避雷器下端绝缘子位置上，等电位检修人员再经由绝缘软梯攀爬至一定距离，迅速进入等电位，操作人员拆除避雷器与联板间的连接后，远离拆除现场一定距离，再配合地面人员拆除避雷器。

带电安装避雷器技术：塔上电工（500kV线路上穿好防静电服）携带个人工具包、所需滑轮、绝缘绳和绝缘绳套，相继登塔至横担合适位置，系好安全带，将所携带的滑轮、绝缘绳和绝缘绳套选择适合作业的位置装好，将绝缘梯架、软梯挂接在合适位置，地面电工与塔上电工配合，起吊安装好避雷器上端，等电位电工与塔上电工配合将避雷器下端与导线连接，配合起吊安装好避雷器计数器及连接线，检查安装情况，按照拆除技术中的方式退出至电场安全区域。

2.2 技术安全性分析

以安徽省500kV山沥线杆塔作为研究对象，避雷器型号为YH20CX1-396/1050。YH20CX1-396/1050型线路避雷器长度为1558mm，上下两部分通过挂板连接。避雷器全长为3281mm与2350mm长的复合绝缘子相接，并和计数器相连接。为充分贴合实际情况，采用Solidworks软件进行三维等比例建模，并通过ansys软件进行仿真，采用谐响应法分实部、虚部加载电压，并通过有限元法计算，最后通过合成得到所需要的电压、电位参数。

由相关分析得到，在穿戴好防护服，严格遵守带电作业的规程规范前提下，按照预定路线进出电场，并且迅速将金属板脱离带电导体至少40cm距离，能有效防止间隙击穿，在拆除避雷器过程中，金属板表面可能产生电晕，但不会引起空气间隙击穿。

2.3 燃弧分析

电弧是一种气体游离放电现象，由于场强足够高，气体发生自持放电而形成等离子体[5]。当电源提供较大功率的电能时，两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流（几安至几十安），产生剧烈的发光发热现象，这就是电弧放电。电弧对带电工作人员危害极大[6]。可产生烧伤，烧伤是指由于电弧高热物质而引起的一种急性皮肤损伤。按烧烫伤深度可分为一度烧烫伤、二度烧烫伤、三度烧烫伤[7]。对人体造成危害，电弧本身还容易产生电流，导致人体的触电危险[8]。

开关电器（如断路器）在开断电流过程中，往往形成开关电弧。在线路中，导体部件之间由于绝缘破坏或导电连接问题也可能形成故障电弧，危害线路安全运行[9]。电弧的形成首先要开断电流的通路，其次要求间隙中场强（电位差）足够大，才能产生强电场发射。在进行带电拆除作业的铁塔中，避雷器和联板之间串联有复合绝缘子串与连接金属板，在正常工作情况（即拆除前状态）下，分裂导线联板与金属板上不存在传导电流，所以在拆除过程中不会产生电弧。

3 总结与展望

（1）现有的停电检修避雷器和采用跌落式避雷器等避雷器装拆技术在低压电网中可以使用，但在500KV超高压输电线路上不太适用。

（2）采用等电位作业的方式，按照特定的方式进出电场的避雷器带电装拆技术具有较强可行性，且减少经济损失，具备广泛的社会经济应用价值。

（3）在穿戴好防护服，严格遵守带电作业的规程规范前提下，迅速将金属板脱离带电导体至少40cm距离，能有效防止间隙击穿，在作业过程中金属板表面可能产生电晕，但不会引起空气间隙击穿和电弧的产生，满足相关安全性的要求。

（4）带电操作人员进入工作环境和拆离避雷器后离开工作场景的规程规范和方法是今后需要重点研究的方向。本文供广大研究学者研究带电拆除避雷器方向打下了基础，提供了参考依据。

参考文献

[1]张晓东，朱明伟，张希蔚.杆塔雷击跳闸原因分析及预防[J].电力勘测设计，2015，（4）：66-70.

[2]袁琦，刘秋源，聂壤，等.线路避雷器在线监测系统的程序设计[J].电气开关，2014，52（6）：26-28.

[3]夏燕莉，江健武，钟建灵.500kV避雷器缺陷的试验分析及思考[J].高电压技术，2007，33（4）：186-188.

[4]雷红才，叶会生，刘卫东.一起500kV避雷器的家族缺陷分析及处理[J].电瓷避雷器，2015，（4）：133-136.

[5]陈明.镁合金微弧氧化微区电弧放电机理及电源特性的研究[D].兰州理工大学，2010.

[6]方国卫.关于防范人身触电和电弧伤害的探讨[J].电力安全技术，2013，15（6）：22-24.

[7]高令革.浅析电焊作业过程中的职业危害因素[J].科技致富向导，2012，（22）：134.

（作者单位：1.国网安徽省电力公司；2.武汉大学）