10kV线路用多腔室间隙防雷装置工频续流遮断能力检验方案验证分析

10kV线路用多腔室间隙防雷装置工频续流遮断能力检验方案验证分析

李明星 孔庆功 罗仁杰 陈俊秋 陈修涵

云南电网有限责任公司德宏梁河供电局

摘要：随着社会的发展，各行各业对电能的需求量均有所增加，如何做到长期、稳定的输送电能，现已成为各电力企业所关注的重点。文章以多腔室间隙避雷器为研究对象，首先对德宏梁河供电局所面临问题进行了说明，其次分别从设计回路、验证回路还有验证方案的角度出发，围绕该设备的实施要点展开了讨论，最后对该设备的应用前景进行了展望，供相关人员参考。

关键词：工频续流遮断；多腔室间隙；10kV线路；防雷装置

前言：研究表明，电网运行常见故障之一为雷击故障，出于增强线路对雷击所具有耐受性的考虑，多地供电局均选择对避雷器加以应用，常规避雷器所存在不足也随着使用时间的增加而逐渐显露了出来，多腔室间隙避雷器应运而生。该避雷器的特点在于放弃了氧化物电阻片，并新增了对工频续流进行遮断的功能，现已在诸多地区得到了应用。

1项目概况

德宏梁河供电局现有10kV线路极易由于雷击而出现跳闸问题，为降低该问题发生概率，有关人员计划对线路避雷器进行安装。以往所安装避雷器多为氧化物避雷器，具有成本高、质量难以控制和需要定期更换等不足，本项目所设计避雷器可有效解决上述问题，其主体结构由空气间隙、金属电极组成，同时配有相应的硅橡胶护套，具有材料常见、结构简单等优势^[1]。另外，该避雷器所使用灭弧、绝缘材料均为空气，考虑到空气具有自主恢复的能力，可减少后期更换频率，在控制跳闸问题发生概率的前提下，降低避雷成本，并保证电网长期处于稳定且安全的运行状态。

2实施要点

本项目所推广防雷装置，创造性地引入了多腔室间隙这一结构，强调以产生工频续流的条件为导向，基于灭弧机理对其产生频率进行降低，同时对灭弧能力进行提高。

2.1设计回路

2.1.1主回路

主回路由两套电源系统组成，各套系统均可独立运行（如图1所示），其中，C₀及L₀所组成电源为振荡电源，U_g为冲击电压源，由其所产生电压波参数为1.2/50μs。经过数次调整后，有关人员得出以下结论：要想达到试验方案所提出要求，应将C₀的取值定为1000μF，将L₀的取值定为10mH，将L₁的取值定为5mH，相应地，R_S的取值范围是0~25Ω，可根据实际情况进行调整^[2]。

图 1 试验回路示意图

2.1.2控制线路

现行标准对避雷器所提出要求，主要是能够对同极雷电冲击进行严格控制，确保相关数值能够最大程度符合样品需求。鉴于此，有关人员选择对同步控制电路进行设计，其作用主要是确保冲击电源、工频电源间所表现出时差配合效果理想。该电路强调以延时方法为依托，达到相位同步控制目标，简单来说，就是在有同步移相需求时，先依托工频信号确定同步零点，等待一定时间后，方可对另一个信号进行施加。

2.2验证回路

现行规定明确指出，试验设备需要具备对冲击电源施加位置进行控制的功能，由此可见，在对方案进行验证前，先要对冲击电源、工频电源在相位控制方面所具有能力加以明确。试验期间由专业人员借助示波器对脉冲信号、高压信号进行同步测量，判断二者间所存在时延能否满足相关要求。通过试验可知，30°对应时延在1.78ms左右，若以高压同步信号为参照，触发脉冲信号能够做到连续变化，换言之，在工频电源达到峰值后，冲击电源可在0°~32°这一范围内，随意选取相应角度并进行同步触发，与现行规定所提出要求相符。

随后，便可着手对其输出能力进行检测，本项目计划选择市面现有样品A完成上述试验，在试验期间需要有关人员在位于正半波峰值后约15°的相角处，施加145kV左右的冲击电压，保证样品间隙能够被完全击穿。另外，为保证试验过程安全，有关人员需提前对限流电阻进行调整，使其达到最大值，由此来达到对回路初始电流加以限制的目的。初始电压定为10kV，将电压值逐步提升至额定电压，并针对各电压台阶进行试验，如果在各电压台阶下，样品均能够将工频电流切断，则需要对限流电阻进行调小，待样品所切断电流峰值与额定值持平，方可停止试验。试验结果表明，上述回路符合现行标准所提出要求，可被用来对工频续流遮断能力进行检测。

2.3验证方案

为验证上述方案是否可行，有关人员计划分别对故障样品、完好样品进行试验，这样做既能够验证现有方法出现误判问题的概率，又能够对验证方法的实际应用价值加以明确。随后，再将试验设备对应工频续流最大值调整为5kA，同时确保其在出现工频续流遮断情况后，首个电压半波峰值不低于额定峰值，并对其输出能力进行检测。

2.3.1制备样品

将市场现有产品作为样品A，该样品共串联40个空气腔室，额定运行电压为13kV，工频续流遮断最大值为5kA。将样品A的10个腔室破坏，获得试验所用样品B，分别对样品A、样品B进行试验，结果表明样品A在14°的相角位置出现闪络，内部流过工频续流值为5kA，电压经过零点的同时工频续流熄灭，并未出现重燃情况，这表示样品A符合相关规定。样品B的闪络位置相同，但在工频续流达到600A、电压达到15kV时，样品B出现了重燃情况，未能顺利通过试验。

2.3.2测试适应性

待上述工作告一段落，有关人员出于更进一步对方案可行性进行验证的考虑，结合相关规定开展了以下测试：随机选择10只样品A、10只样品B，其中，将5只样品A标记为1号~6号，5只样品B标记为6号~10号，先按照顺序进行相应测试，再将剩余样品顺序打乱进行相应测试。若样品符合工频续流最大值始终未达到5kA，同时电压峰值在额定峰值以下的条件，代表其测试结果为“合格”，反之，则说明样品不合格。结果表明，以团体标准规定为依据所制定试验方案不存在误检情况，无论是在随机检测、还是在成品检测期间，均能够对产品是否合格进行准确判断，可大范围推广。

3应用前景

该避雷器的内部结构较为简单，强调利用空气腔室间隙所存在闪络对雷电流进行泄放，并通过叠加近极压的方式，对工频续流进行抑制，通过弧吹的方式增强弧道电阻，随着电弧被熄灭，工频续流、雷电冲击电压均能够得到及时且有效的遮断。对其进行制造所花费材料成本仅为常规避雷器的25％左右，在对接地装置、金具进行安装的环节，其所需材料成本约为常规方法为30％，同时具有便于安装及整体重量较轻的优势，可使施工成本减少约50％。投入使用后，不需要定期维护并更换，供电局在后期运维环节所投入人力成本大幅减少。事实证明，对该避雷器加以使用，可使配电网出现雷击跳闸问题的概率降至最低，为供电安全性及可靠性提供保证。

结论：10kV线路所使用多腔室避雷器与氧化物避雷器的区别，主要是前者具有成本低、使用寿命长、安装难度小和环境适应能力强等优势，既适配于接地方式不同的多种配电系统，还可以适应等恶劣环境，利用其对山区线路进行优化，可使供电可靠性得到显著提高，具有极为突出的经济效益。

参考文献：

[1]沈海滨,雷挺,贺子鸣,等.10kV线路用多腔室间隙防雷装置工频续流遮断能力选择建议[J].电网技术,2019,43(4):7.

[2]王巨丰,徐宇恒.110kV固态气体灭弧防雷间隙工频续流遮断试验[J].广西大学学报：自然科学版,2021,46(2):8.