高压单芯电缆过电压保护用避雷器及应用.pdfVIP

2011年全国电力电缆安装与运行经验交流会优秀论文集 高压单芯电缆过电压保护用避雷器的应用 高媛　吴建生　孙奇 （华东电力设计院，上海　200001） 【摘 要】本文利用ATP-EMTP进行仿真雷电绕击导线，雷电波侵入电缆线路引起导体过电压及金属护套感应过电压。在电力 电缆连接部位设置氧化锌避雷器，将有助于抑制电力电缆内出现的雷电过电压；而电力电缆金属层设置保护避雷器，将有助于抑 制金属层上的感应电压。 【关键词】避雷器　护层电压限制器　雷电过电压　电缆金属护层 0 引言 随着我国经济建设的高速发展，我国城市电网进一步建设工作大力地开展。由于电力电缆应用成本 的下降，以及电力电缆自身所具有的供电可靠性高、不受地面、空间建筑物的影响、不受恶劣气候侵 害、安全隐蔽耐用等特点，因而获得了越来越广泛的应用。架空线路架设及维修比较方便，成本也较 低，但是线路所经路径要有足够的地面宽度和净空走廊。故目前城市及周边地区新建110kV及220kV新建 线路很多采用架空加电缆混合架设的输电方式，在架空路径可行地区采用架空输电，在靠近城区即路径 受限地区采用电缆进变电站。架空线路容易遭受雷击，产生雷电过电压侵入电缆线路，在电缆导体产生 较高的过电压及在金属护套上产生感应过电压。一般在架空与电缆连接端设置避雷器，以限制侵入雷电 波幅值。 单芯高压电缆常因金属护套过电压引起电缆外护层击穿损坏，为了降低护套对地过电压，避免外护 层击穿，使用限压装置，即护层保护器，保证电缆可靠运行。目前电缆护层保护器的金属氧化物护层保 护器的性能正在逐渐改善，与国外随电缆进口的许多护层保护器性能相比，水平已经达到甚至超过其性 能。单芯电力电缆护层过电压保护技术用于防止雷电过电压和内部过电压造成电缆金属护层多点接地故 障产生。电缆护层保护器降低了护套对地过电压，确保护层绝缘不被过电压击穿，避免形成环流，保证 电缆大容量可靠输电。 为仿真电缆上的雷电暂态过电压，应用ATP-ＥＭＴＰ中的ＪＭａｒｔｉ模型，计算电缆单点接地方 式下电缆金属护层的电压波形及流过避雷器和护层保护器的电流[1]。 1 单芯电缆金属护套环流的产生及接地技术 10kV及以上三芯电缆由于是三芯同时通过电流，电流也基本上保持平衡，可以认为电缆保护层上电 流是零，而35kV大截面电力电缆和66 kV、110 kV及以上电压等级的电力电缆均为单芯电缆，单芯电缆 的导体与金属护套的关系，可以看作一个变压器的初级绕组与次级绕组，当电流通过时，其周围产生的 一部分磁力线将与金属护套交链，使护套产生感应电压，感应电压的大小与电缆的长度和流过导线的电 流成正比。若电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故 障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。 如果单芯电缆两端金属护套同时接地，在金属护套上就会形成环形电流，导体和金属护套同时发热 410 第四部分 设计与施工 使得电缆绝缘老化，同时降低了绝缘等级，造成电缆寿命减少。因此当电缆较长时，应采用图1形式： 一端接地，一端用护层保护器（箱）接地的形式运行，这样当护层的电压达到一定值时，护层保护器 （箱）瞬间动作，释放电流，达到安全运行的要求[2]。本文计算模型采用交叉互联接地方式。 图1 金属护套交叉互联接地方式 2 避雷器及护层保护器 避雷器及护层保护器常用氧化锌电阻片，因其是非线性电阻阀片，可做成无间隙避雷器，使放电无 延迟。在工作电压下，保护器呈现高阻，通过的工作电流为微安级，护套与大地之间不构成回路。当导 体及护套上过电压达到避雷器的起始动作电压，避雷器内阻值迅速下降，过电流由避雷器流入大地，而 导体及护套上的电压仅为通过电流时保护器的残压，其残压与流过的电流大小基本无关而为一定值。当 作用电压降到动作电压以下时，氧化锌阀片“导通”状态终止，因此不存在工频续流。保护器的残压和 起始动作电压要比冲击过电压低得多，从而使护套绝缘避免受过电压的破坏。一般来说，护层保护器的 冲击残压应低于0.7 倍非金属护层的冲击耐受电压值，额定电压应高于电缆一端接地短路时在护套不接 地端产生的工频感应电压。电缆的过电压被避雷器吸收释放入大地，保护了电