安徽電力科學研究院提升特高壓線路防雷能力

　　“避雷器間隙距離正常，避雷器本體正常，高低壓側電極正常。”11月8日，安徽電力科學研究院輸變電技術中心過電壓專業主管劉靜利用輸電全景智慧管控平臺查看±1100千伏吉泉線新裝避雷器的運行情況。

　　10月14日，由國網安徽省電力有限公司、國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司等單位聯合研發的±1100千伏輸電線路用復合外套帶串聯間隙金屬氧化物避雷器在吉泉線安徽段3基鐵塔上完成安裝調試，正式投入運行。

　　總結雷電活動規律，評估雷害風險

　　2018年年底，起于新疆準東(昌吉)換流站、止于安徽宣城(古泉)換流站的±1100千伏吉泉特高壓輸電線路投運。該線路途經新疆、甘肅、安徽等六個省份，總長3304.7千米。

　　“鑒于吉泉線的重要性，線路投運前，我們就在國網設備部的組織下研究該線路的防雷措施。”國網安徽電力設備部輸電處處長魏敏介紹，“在采取降低鐵塔接地電阻等防雷措施的同時，我們開展了±1100千伏避雷器研發工作。因為設備用于世界上最高電壓等級輸電線路，相關的雷電防護工作無從參考，研究工作面臨很多困難。”

　　2019年1月，安徽電科院與武漢南瑞有限責任公司、全球能源互聯網研究院有限公司、清華大學等聯合，組成項目團隊，從±1100千伏輸電線路防雷特性、避雷器研發及應用、避雷器智能在線監測裝置及平臺開發與應用著手，開展雷電防護研究工作。

　　“避雷器可以保護輸電線路上的設備免受雷電過電壓影響。我們第一步統計分析了±1100千伏吉泉線沿線地區雷電活動情況，總結雷電活動規律，開展全線雷害風險評估。”劉靜說。

　　項目團隊統計了吉泉線沿線6079基鐵塔的塔型、檔距、塔高以及鐵塔所在地區的地形地貌、氣候類型、海拔高度，根據雷電定位系統提供的歷年雷電活動數據，分析每基鐵塔的地閃密度、雷電流幅值等雷電參數;考慮±1100千伏運行電壓影響，分析避雷器的額定電壓、雷電沖擊殘壓等參數;研究在不同安裝位置、不同雷電流幅值及各種典型過電壓作用下，避雷器從一個穩定狀態到另一個穩定狀態的暫態過程。

　　通過一系列研究，項目團隊準確掌握了±1100千伏吉泉線沿線雷擊風險分布規律及雷擊影響，最終確認雷擊風險較高的鐵塔主要集中在安徽段、河南段和陜西段。安徽省蕪湖市境內有3基鐵塔位于全線地閃密度最大的區段，其中2基鐵塔的雷擊風險更是達到最高的D級。

　　“D級表示地閃密度大于7.98次/(平方千米·年)，雷電活動最強。”劉靜說，“只有應用可靠的雷電防護系統、安裝性能優良的避雷器，才能降低線路雷害風險，保障電網安全穩定運行。”

　　逐個攻克難題，成功研發±1100千伏輸電線路避雷器

　　2020年1月，項目團隊基于±1100千伏吉泉線全線雷害風險評估結果，著手研發±1100千伏輸電線路用復合外套帶串聯間隙金屬氧化物避雷器。

　　在不考慮雷電活動的時空分布差異等情況下，直流輸電線路正負兩極導線被雷擊時，會出現一個極性比另一個極性蝕除量大的現象，即直流輸電線路的電壓極性效應。電壓極性效應會造成正極導線的雷擊閃絡率居高不下，從而導致輸電線路發生單次換相失敗或者連續換相失敗。這是在研發過程中，項目團隊首先需要解決的問題。項目團隊開展直流輸電系統相關研究，提出了調節同步調相機、結合故障特征調節定關斷角控制器的關斷角、減小逆變側換流器觸發角等措施抑制換相失敗。

　　避雷器內部最重要的元器件是電阻片。±1100千伏輸電線路對避雷器額定電壓、直流參考電壓、雷電沖擊殘壓等參數的要求比±800千伏輸電線路更高，因而裝在±1100千伏輸電線路上的避雷器需要容量更大、殘壓更低、沖擊穩定性更強的氧化鋅電阻片。項目團隊反復試驗，調整電阻片中的氧化鋅及其他添加劑的比重，最終研制出具有大容量、小尺寸、低殘壓特點的電阻片。“這個電阻片高度比±800千伏避雷器電阻片低4.4%，容量大出11.3%，并且殘壓比也遠低于±800千伏避雷器電阻片。”劉靜說。

　　±1100千伏吉泉線多處于山區丘陵地帶，容易受潮氣影響。項目團隊在研制避雷器硅橡膠復合外套時，改善了硅橡膠及添加劑的配方，確保長期置于野外的避雷器內部電阻片不受潮，不發生劣化。

　　2021年1月，國內首臺±1100千伏輸電線路用復合外套帶串聯間隙金屬氧化物避雷器在武漢下線，并通過試驗檢測。

　　今年8月，國網設備部組織專家對該避雷器掛網試運行方案進行評審。專家們一致認為該避雷器本體性能優良，在雷電過電壓下能快速動作，釋放雷電能量，防止導線和鐵塔之間空氣間隙或絕緣子串被擊穿，針對±1100千伏輸電線路具有良好的雷電防護性能，可以掛網試運行。

　　選擇最優安裝方案，避雷器掛網試運行

　　經過20多名施工人員10天的努力，今年10月14日，±1100千伏吉泉線安徽段3基鐵塔上安裝了±1100千伏輸電線路用復合外套帶串聯間隙金屬氧化物避雷器。

　　避雷器高11米，重約1噸。要把它穩固地安裝在距離地面40多米的鐵塔支架上，需考慮它所受的側面風壓，確保安裝后的穩固性。此外，施工人員還要精準控制避雷器與導線之間2450毫米的空氣間隙距離，允許誤差僅為±50毫米。

　　安裝前，項目團隊、廠家、施工人員反復研討，提出三個安裝方案，分別是架設避雷器塔、懸吊式安裝、安裝支撐式支架并配合使用復合絕緣子串進行加固。

　　“第一個方案費用高，第二個方案需要補強鐵塔結構，安裝時需要穿越導線，施工難度大。”劉靜介紹，“第三個方案，支撐式支架連在鐵塔主材上，鐵塔受力小，安全性高;無須穿越導線安裝，施工難度小;安裝位置低，裝卸維護方便。”最終第三個安裝方案得到專家的認可。

　　為了監控避雷器的運行狀態、檢驗避雷器的應用效果，項目團隊還研發了智能在線監測裝置，在安裝避雷器的同時調試接入該裝置。后續，安徽電科院專業人員將通過該裝置監測避雷器運行狀態，獲取線路遭受雷擊過程中避雷器動作時間、雷擊次數、雷電流參數與波形等信息，積累避雷器運行數據，為后續避雷器運行效果分析提供數據支撐。（祝捷 程洋）