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薛广达 崔继婷 赵瑞玲
国网山东郓城县供电公司 山东郓城 274700
摘要：在电力系统中，由于内部或外部的原因，使电压突然升高，超过或远远超过电气设备的运行额定电压，即称为过电压。本文首先说明了架空电力线路过电压的分类，然后阐述了可控放电线路型过电压保护器的应用，最后探讨了限制架空线路过电压的措施。
关键词：架空电力线路；过电压；保护；直击雷
一、架空电力线路过电压的分类
（一）内部过电压
1、工频过电压
在三相中性点不接地系统中，发生单相接地时，非故障相对地电压升高倍。此时，不需要采取特殊措施进行防护。
2、操作过电压
电力系统因操作而使运行方式发生变动，致系统内部电磁能量的振荡，相互转换和重新分布产生过电压。一般发生在投入或退出空载变压器、空载线路、并联电容器的情况下产生。
3、间隙接地过电压
在中性点不接地系统中，发生单相弧光接地时产生的间隙性的电弧，会在线路上引起高频振荡过电压，其过电压值一般不超过3.5倍相电压。
4、谐振过电压
在交流电路中，当电感元件与电容元件串联且感抗等于容抗时，会发生谐振过电压，此时电容元件上会出现很高的过电压。谐振过电压的幅值一般不超过2.5倍相电压。
（二）外部过电压
1、直击雷过电压
高出地面几米至数十米的电力线路，导线对大地来讲，完全成为尖端，所以雷往往直击到线路等电气设备上，造成电气设备或线路上绝缘击穿而损坏。
2、感应雷过电压
雷云在先导放电的过程中，由于静电感应原因在电力线路的导线上积聚了大量与雷云极性相反的电荷。当雷云从先导放电发展到主放阶段而对地放电时，线路上被束缚的电荷被释放，形成了向线路两端以光速流动的自由电荷，从而产生很高的感应过电压。
二、可控放电线路型过电压保护器的应用
理论研究和试验研究结果表明：非线性过电压保护技术能有效截断工频续流、抑制雷电过电压、不承受工频电压、免维护；可控放电避雷针作为主动防雷技术，具有保护范围大、绕击率低、放电电流小、感应过电压低等优点。
由于架空避雷线的保护范围存在屏蔽失效区，对已进入杆塔侧面的雷电先导，架空避雷线已不能对导线屏蔽保护。由击距公式：
（1）
（2）
式中，I为雷电流幅值，kA；rs为先导击距，m；rsm为绕击最大击距，m；hb、hd分别为避雷线、导线平均高度，m；α为避雷线保护角；可见，由输电线路hd、hb及α所决定的rsm，在杆塔本身固有参数已知下，使临界绕击雷电流幅值Ism和杆塔屏蔽失效区域随之确定。此时，如采取侧向可控放电避雷针有效屏蔽已确定的最大绕击击距下的杆塔绕击暴露区域，就能达到主动防止雷电绕击的目的。
在应用主动防雷技术的同时，引入非线性过电压保护技术作为暂态过电压第2重保护，当架空线路上不论何种原因引起过电压导致闪络时，如将电弧形成的金属性短路通道引向非线性限流元件，并由该元件迅速截断电弧和截断接踪而来的数十kA工频续流，就能防止线路因雷直击或感应及操作过电压引发的跳闸和断线等运行故障。
1.主动防雷
在放电针头8和非线性限流元件6与7串联后接地，作为可控放电避雷针，并将其水平安装在架空绝缘线路的侧面以弥补架空避雷线保护屏蔽失效区域的防雷范围。当线路周围雷电活动形成的空间场强较低，或雷电先导没有足够逼近架空绝缘线路时，限流元件截断，放电针头处于电位浮动状态，周围大气电位差较小，不发生电晕放电；一旦周围雷云场强上升可能会对保护器所保护的线路发生雷闪，施加在限流元件上的电压升高到其动作电压时，限流元件瞬间变成有效接地体，放电针针尖电场瞬间上升数百倍，针尖附近空气迅速放电，形成很强的上升电荷脉冲，迎接雷云先导，将雷电能量通过限流元件直接引向大地泄放，避免雷云对线路发生闪击，有效防止雷云对线路发生绕击。
2.快速截断工频续流、抑制过电压
在限流元件6的顶端水平固定引流环5，在绝缘导线1和引流环5间形成串联空气间隙。当架空绝缘线路发生过电压闪络时，串联间隙先被击穿，过电压直接作用在限流元件上，暂态电流通过限流元件迅速流向大地；当暂态电流瞬间释放后，加在串联间隙上的电压降低至限流元件额定电压以下，限流元件在瞬间恢复成高阻状态。由于氧化锌非线性伏-安特性和陡波特性，始终将过电压限制在设计电压下，并快速截断金属性电弧短路通道和工频续流，有效保护线路和电气设备免受过电压击穿或损坏，同时，有效防止架空绝缘导线因工频续流弧根高温而熔断。
综上所述，可控放电线路型过电压保护器具有主动防雷和抑制过电压、快速截断工频续流等多重保护功能：一方面，有效防止雷电对线路发生绕击雷害，克服了现有避雷针和消雷器等各种保护措施普遍存在的招雷、引雷的缺陷，主动保护作用更有效、安全、可靠；另一方面，不论架空输配电线路由于雷击、操作等原因产生暂态过电压，甚至发生绝缘子闪络，该保护器借助于闭合引流环和非线性可控放电限流元件，始终保护架空输配电线路避免发生断线、跳闸等运行故障。
三、限制架空线路过电压的措施
（一）内部过电压的限制措施
1、操作过电压的限制措施
（1）通常开关中增加一个并联电阻和一对辅助触头。
（2）装设避雷器也是限制操作过电压很重要措施。
2、避免间歇性弧光接地过电压的措施是采用消弧线圈或电阻接地方式。
3、避免谐振过电压的措施
（1）选用励磁特性较好、饱和点高的电磁式电压互感器。
（2）在电压互感器开口三角形绕组上装设灯泡（6-l0kv电网接200W灯泡）或者专用消谐器 （3）在电压互感器一次绕组的中性点上装设专用消谐器。
（二）外部过电压的限制措施
1、装设避雷针
装设避雷针是防止直击雷的有效方法。避雷针可用来保护露天的配电装置电力线路。就其本质而言，避雷针不是避雷，而是利用其高耸空中的位置条件，把雷电引向自身，承受雷击，把雷电流泄入大地，从而保护其他设备不受雷击。
2、架设避雷线
架设避雷线是供电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：
（1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；
（2）通过对导线的祸合作用可以减小线路绝缘子的电压；
（3）导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
3、装设避雷器
避雷器是一种能释放过电压能量限制过电压幅值的保护电器。金属氧化物避雷器的应用：在安装前进行直流1mA参考电压试验，或进行绝缘电阻的测量，对10kv避雷器用2500V绝缘电阻表测量，绝缘电阻不低于1000MΩ。合格后方可安装。
4、降低杆塔接地电阻
降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高，这是配合架设避雷线所采取的一项有效措施。标准要求，有避雷线的线路，每基杆塔的工频接地电阻在雷季干燥时不宜超过相关数值。
5、装设自动重合闸装置
由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国110kv及以上的高压线路重合闸成功率达75%一95%，35kv及以下的线路成功率约为50%一80%。
结语
综上，架空线的过电压保护从工程设计阶段就要认真加以考虑，应根据本地的实际情况，采取切实可行的防雷方案，选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备，同时，真正按照等电位的原则，做好符合要求的共用接地网，综合考虑防雷与接地，只有这样，供电线路和设备才能避免遭受雷击。
参考文献：
[1]黎莫清，周小武.环境空气质量自动监测系统过电压保护设计[J].贵州气象.2013（S1）
[2]左新燕.浅析过电压保护措施的正确选择[J].农村电工.2013（09）
国网山东郓城县供电公司 山东郓城 274700
摘要：在电力系统中，由于内部或外部的原因，使电压突然升高，超过或远远超过电气设备的运行额定电压，即称为过电压。本文首先说明了架空电力线路过电压的分类，然后阐述了可控放电线路型过电压保护器的应用，最后探讨了限制架空线路过电压的措施。
关键词：架空电力线路；过电压；保护；直击雷
一、架空电力线路过电压的分类
（一）内部过电压
1、工频过电压
在三相中性点不接地系统中，发生单相接地时，非故障相对地电压升高倍。此时，不需要采取特殊措施进行防护。
2、操作过电压
电力系统因操作而使运行方式发生变动，致系统内部电磁能量的振荡，相互转换和重新分布产生过电压。一般发生在投入或退出空载变压器、空载线路、并联电容器的情况下产生。
3、间隙接地过电压
在中性点不接地系统中，发生单相弧光接地时产生的间隙性的电弧，会在线路上引起高频振荡过电压，其过电压值一般不超过3.5倍相电压。
4、谐振过电压
在交流电路中，当电感元件与电容元件串联且感抗等于容抗时，会发生谐振过电压，此时电容元件上会出现很高的过电压。谐振过电压的幅值一般不超过2.5倍相电压。
（二）外部过电压
1、直击雷过电压
高出地面几米至数十米的电力线路，导线对大地来讲，完全成为尖端，所以雷往往直击到线路等电气设备上，造成电气设备或线路上绝缘击穿而损坏。
2、感应雷过电压
雷云在先导放电的过程中，由于静电感应原因在电力线路的导线上积聚了大量与雷云极性相反的电荷。当雷云从先导放电发展到主放阶段而对地放电时，线路上被束缚的电荷被释放，形成了向线路两端以光速流动的自由电荷，从而产生很高的感应过电压。
二、可控放电线路型过电压保护器的应用
理论研究和试验研究结果表明：非线性过电压保护技术能有效截断工频续流、抑制雷电过电压、不承受工频电压、免维护；可控放电避雷针作为主动防雷技术，具有保护范围大、绕击率低、放电电流小、感应过电压低等优点。
由于架空避雷线的保护范围存在屏蔽失效区，对已进入杆塔侧面的雷电先导，架空避雷线已不能对导线屏蔽保护。由击距公式：
（1）
（2）
式中，I为雷电流幅值，kA；rs为先导击距，m；rsm为绕击最大击距，m；hb、hd分别为避雷线、导线平均高度，m；α为避雷线保护角；可见，由输电线路hd、hb及α所决定的rsm，在杆塔本身固有参数已知下，使临界绕击雷电流幅值Ism和杆塔屏蔽失效区域随之确定。此时，如采取侧向可控放电避雷针有效屏蔽已确定的最大绕击击距下的杆塔绕击暴露区域，就能达到主动防止雷电绕击的目的。
在应用主动防雷技术的同时，引入非线性过电压保护技术作为暂态过电压第2重保护，当架空线路上不论何种原因引起过电压导致闪络时，如将电弧形成的金属性短路通道引向非线性限流元件，并由该元件迅速截断电弧和截断接踪而来的数十kA工频续流，就能防止线路因雷直击或感应及操作过电压引发的跳闸和断线等运行故障。
1.主动防雷
在放电针头8和非线性限流元件6与7串联后接地，作为可控放电避雷针，并将其水平安装在架空绝缘线路的侧面以弥补架空避雷线保护屏蔽失效区域的防雷范围。当线路周围雷电活动形成的空间场强较低，或雷电先导没有足够逼近架空绝缘线路时，限流元件截断，放电针头处于电位浮动状态，周围大气电位差较小，不发生电晕放电；一旦周围雷云场强上升可能会对保护器所保护的线路发生雷闪，施加在限流元件上的电压升高到其动作电压时，限流元件瞬间变成有效接地体，放电针针尖电场瞬间上升数百倍，针尖附近空气迅速放电，形成很强的上升电荷脉冲，迎接雷云先导，将雷电能量通过限流元件直接引向大地泄放，避免雷云对线路发生闪击，有效防止雷云对线路发生绕击。
2.快速截断工频续流、抑制过电压
在限流元件6的顶端水平固定引流环5，在绝缘导线1和引流环5间形成串联空气间隙。当架空绝缘线路发生过电压闪络时，串联间隙先被击穿，过电压直接作用在限流元件上，暂态电流通过限流元件迅速流向大地；当暂态电流瞬间释放后，加在串联间隙上的电压降低至限流元件额定电压以下，限流元件在瞬间恢复成高阻状态。由于氧化锌非线性伏-安特性和陡波特性，始终将过电压限制在设计电压下，并快速截断金属性电弧短路通道和工频续流，有效保护线路和电气设备免受过电压击穿或损坏，同时，有效防止架空绝缘导线因工频续流弧根高温而熔断。
综上所述，可控放电线路型过电压保护器具有主动防雷和抑制过电压、快速截断工频续流等多重保护功能：一方面，有效防止雷电对线路发生绕击雷害，克服了现有避雷针和消雷器等各种保护措施普遍存在的招雷、引雷的缺陷，主动保护作用更有效、安全、可靠；另一方面，不论架空输配电线路由于雷击、操作等原因产生暂态过电压，甚至发生绝缘子闪络，该保护器借助于闭合引流环和非线性可控放电限流元件，始终保护架空输配电线路避免发生断线、跳闸等运行故障。
三、限制架空线路过电压的措施
（一）内部过电压的限制措施
1、操作过电压的限制措施
（1）通常开关中增加一个并联电阻和一对辅助触头。
（2）装设避雷器也是限制操作过电压很重要措施。
2、避免间歇性弧光接地过电压的措施是采用消弧线圈或电阻接地方式。
3、避免谐振过电压的措施
（1）选用励磁特性较好、饱和点高的电磁式电压互感器。
（2）在电压互感器开口三角形绕组上装设灯泡（6-l0kv电网接200W灯泡）或者专用消谐器 （3）在电压互感器一次绕组的中性点上装设专用消谐器。
（二）外部过电压的限制措施
1、装设避雷针
装设避雷针是防止直击雷的有效方法。避雷针可用来保护露天的配电装置电力线路。就其本质而言，避雷针不是避雷，而是利用其高耸空中的位置条件，把雷电引向自身，承受雷击，把雷电流泄入大地，从而保护其他设备不受雷击。
2、架设避雷线
架设避雷线是供电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：
（1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；
（2）通过对导线的祸合作用可以减小线路绝缘子的电压；
（3）导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
3、装设避雷器
避雷器是一种能释放过电压能量限制过电压幅值的保护电器。金属氧化物避雷器的应用：在安装前进行直流1mA参考电压试验，或进行绝缘电阻的测量，对10kv避雷器用2500V绝缘电阻表测量，绝缘电阻不低于1000MΩ。合格后方可安装。
4、降低杆塔接地电阻
降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高，这是配合架设避雷线所采取的一项有效措施。标准要求，有避雷线的线路，每基杆塔的工频接地电阻在雷季干燥时不宜超过相关数值。
5、装设自动重合闸装置
由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国110kv及以上的高压线路重合闸成功率达75%一95%，35kv及以下的线路成功率约为50%一80%。
结语
综上，架空线的过电压保护从工程设计阶段就要认真加以考虑，应根据本地的实际情况，采取切实可行的防雷方案，选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备，同时，真正按照等电位的原则，做好符合要求的共用接地网，综合考虑防雷与接地，只有这样，供电线路和设备才能避免遭受雷击。
参考文献：
[1]黎莫清，周小武.环境空气质量自动监测系统过电压保护设计[J].贵州气象.2013（S1）
[2]左新燕.浅析过电压保护措施的正确选择[J].农村电工.2013（09）