(1 ． 福建省厦门超高压输变电局 ， 福建 厦门 361004 ； 2 ． 西安交通大学电气工程学院 ， 陕西 西安 710049)

摘要 ： 本文根据实体模型，采用有限元分析软件对紧凑运行方式下 220kV 金属氧化物避雷器建立 3-D 模型，进行电位 和电场 分布计算。计算结果显示 ， 由于阻波器距避雷器较近 ， 使得避雷器对高电位的杂散电容增大，避雷器的电位分布变的更加均匀，因此紧凑环境下只要保证设备之间有足够的安全距离 ， 避雷器在此环境下运行是安全可靠的。

关键词 ： MOA ；电位分布； 电场分布； 有限元法

0. 引 言

2007 年我省发生多起因雷击而损坏 220kV 断路器的事故，为防止事故再次发生，省超高压局在泉州变、晋江变、厦门变采取了在出线间隔加装 220kV 避雷器的方法，限制由线路侧入侵的过电压，但以上三个站均为已建好投运多年的变电站。新加装的金属氧化物避雷器与原有的 OY 耦合电容器、电压互感器（ CVT ）、阻波器之间的净间距只有 1.5m 左右 ( 尽管安全放电距离可以满足要求 ) ，比常规的 2.5 － 3.0m 小得多。在这样一个狭小几何空间里金属氧化物避雷器能否正常运行？在对紧凑运行方式下金属氧化物避雷器带电测试数据来看，也与同电压等级、正常间隔距离的金属氧化物避雷器差别较大，主要表现为金属氧化物避雷器的全电流增大（增大约 20% ），全电流增大的原因是什么？全电流的增大与金属氧化物避雷器的电位分布有什么关系？会影响金属氧化物避雷器的寿命吗？为此开展了紧凑运行方式下 220kV 金属氧化物避雷器电位 与电场 分布的研究工作。

1. 归类与建模

泉州、晋江、厦门三个变电站在出线间隔加装 220kV 避雷器的基本情况见图 1 、 2 、 3 。

1.1 避雷器所处位置归类

根据实际运行情况，避雷器是安装在阻波器与隔离开关之间、阻波器与 CVT 之间，外界条件不同，所以在建模时首先要对电位分布计算要分为类 ：

l 三相线路只有 A 、 C 相装有阻波器。

l 三相线路 A 、 B 、 C 相均装有阻波器。

l 另外还要考虑隔离开关、与 CVT 对金属氧化物避雷器 MOA 的影响。

l 220kV 金属氧化物避雷器在无限大空间尺寸时的电位分布（与上述两种不同运行环境的避雷器的电位分布进行比较）。

1.2 计算模型的建立

阻波器运行时对于工频而言压降很小，可认为首末端是等电位，即可以将阻波器看成是一个带电金属桶 [1][2] 。

所用的 220kV 金属氧化物避雷器为 Y10W-204-532 大爬距避雷器，分为两节瓷套式避雷器，总高度为 3494mm ，均压环直径为 110 0 mm ，均压环管径 为 70 mm ，离地高度为 2500mm ，如 图 4 所示。

本文根据实际运行中所使用的设备尺寸，利用 ANSYS 有限元分析软件，建立稳态电场中的三维有限元模型。在满足工程精度的情况下，模型中忽略了瓷套伞群、均压环支撑及绝缘拉杆等因素的影响；选择 PLANE12 3 单元作为分析单元，整体模型采用制定单元自由剖分，在网格过渡控制中，采用了局部细化方式 [3-5] 。实体模型如图 5 所示：

2 ．计算结果

2.1 孤立 220kV 金属氧化物避雷器电位 与电场 分布计算

根据 220kV 避雷器的实体模型，略去伞群的影响，建立 三维 维有限元模型，施加额定持续运行电压 156kV ，计算结果如 下图 所示：

由计算结果可知，孤立 220kV 金属氧化物 避雷器 电压偏差率在 -7.76 ~ + 12.94% 之间， 最大场强出现在第一节避雷器上法兰处，最大场强 值为 13 . 45 kV/cm 。

2.2 边相装有阻波器

三相同时考虑，中间相的电场分布较差，并且计算结果表明，当中间相电压达到最大持续运行电压 156 kV ，两个边相电压为 -78 kV 时，中间相避雷器的场强值最大。当只有两个边相 装有阻波器 时， 220kV 金属氧化物避雷器电位 与电场 分布计算结果 如下 图 所示。

图 10 边 相有阻波器 时 B 相 避雷器 电场分布

由计算结果可知，在两个边相有阻波器影响的情况下，避雷器的 电压偏差率减小，范围在 -7.58 ~ + 11.17% 之间 ， 最大场强值下降 为 1 2 . 28 kV/cm 。

2.3 三相均装有阻波器

三相线路 A 、 B 、 C 相均装有阻波器 时， 220kV 金属氧化物避雷器电位 与电场 分布计算结果 如下图所示。

由计算结果可知，三相 均有阻波器影响的 情况 下 ，避雷器的 电压偏差率进一步减小，范围在 -7.47 ~ + 10.58% 之间 ， 最大场强值下降 为 1 0 . 96 kV/cm 。

三．分析与结论

根据上面的计算结果可知，由于阻波器距避雷器较近 ， 使得避雷器对高电位的杂散电容有所增大，避雷器 阀片 的 电压偏差率减小， 电位分布变的更加均匀 ；同时，由于阻波器起到了一定的屏蔽作用，避雷器的最大场强值下降 。

l 紧凑环境下只要保证设备之间有足够的安全距离 ， 避雷器在此环境下运行是安全可靠的。

l 阻波器 使得避雷器的电位分布更加均匀，最大场强由 13 . 45 kV/cm 降低到 1 2 kV/cm 以内 ，因此避雷器的寿命可以得到有效保障。

参考文献 ：

[1] 洪启康． 220kV 高频阻波器的运行分析 [J] ．华东电力， 1986 （ 5 ）： 17-21 ．

[2] 罗玲，欧志光．运行阻波器在线监测 [J] ．继电器， 2002 （ 10 ）： 73-80 ．

[3] 王琼，安翠翠，马文玲，窦小晶，刘航等 [J] ．高压电器， 2008 （ 6 ）： 531-533 ．

[4] 郭洁，何计谋，李晓峰． 750 kV 金属氧化物避雷器电位分布研究 [J] ．中国电力， 2006 ， 39 （ 1 ）： 15-17 ．

[5] KUMAR U ， MOGAVEERA V ． Voltage Distribution Studies on ZnO Arresters [J] ． IEE Proceedings Generation ， Transmission and Distribution ， 2002 ， 149 （ 4 ）： 457-462 ．

作者简介：

陈德兴 1970 － ，男，福建省德化县人， 高级 工程师，从事超高压技术及设备管理工作。

张源斌 1952 －，男，研究员，从事高电压技术测量及高压电力设备在线监测的研究。