摘要： 介绍一种新型的防雷保护装置——带环形电极外串间隙金属氧化物避雷器；给出了其在10kV架空绝缘线路上的安装方法，对比了安装前后线路的运行情况，并进行了技术经济分析。结果显示，在10kV架空绝缘线路上使用带环形电极外串间隙避雷器能有效减少雷 害且收效显著。

1 引言

绝缘导线在解决线路与建筑物、树木等安全距离不足的问题上发挥了很大作用，自 2004 年以来，配电网改造中 10kV 架空线路大量采用绝缘导线。随着 10kV 架空线路绝缘化比例的提高， 10kV 配网发生雷击断线和绝缘子击穿故障的次数明显增多。

厦门地区 10kV 架空线路主要采取在已有线路设备（如断路器、高压刀闸、跌落保险等）的杆塔处安装无间隙氧化锌避雷器，利用其良好的非线性电阻特性和快速阻断工频续流的特性，防止雷害。实践表明， 10kV 架空线路安装无间隙氧化锌避雷器能有效截断工频续流、限制雷电过电压，但存在明显缺陷：无间隙氧化锌避雷器保护范围较小，只能保护本杆塔设备；全线路装设避雷器，投资成本较大；避雷器安装时必须破开绝缘导线的绝缘层，可能引起绝缘导线线芯进水，导致电化学腐蚀断线；导线绝缘层破坏降低其抗电动力的强度，从而降低线路整体的耐受短路电流的能力；避雷器必须长期承受工频电压，可能引起氧化锌阀片老化，寿命缩短。正因为存在这些缺陷，无间隙氧化锌避雷器在 10kV 架空绝缘导线上的使用仍有其局限性。 2004 年，仅集美区架空线路发生雷击故障的次数就达 76 次之多（ 19.11 次 /100km ）。

厦门电业局开展了防雷害新技术研究，对带环形电极外串间隙避雷器的使用效果进行调研。该类避雷器不与线路设备形成电气连接，不存在破坏线路绝缘层和长期承受工频电压等的缺陷。在 10kV 架空绝缘线路上安装带环形电极外串间隙避雷器是一种更为先进的配网防雷措施。本文阐述带环形电极外串间隙避雷器的组成、原理及特点，并从安装方法、工程费用、运行情况及产生的效益对某试点工程做一介绍，以资交流。

2 带环形电极外串间隙避雷器 的 组成 、原理及特点

2.1. 组成



如图 1 所示， 带环形电极外串间隙避雷器 由引流环、非线性电阻限流元件、横担连接件等 3 部分组成。

原理



当感应雷或直击雷产生高幅值的过电压作用于绝缘导线时，引流环与绝缘导线之间形成的串联间隙被击穿，非线性电阻限流元件（氧化锌阀片）释放雷电能量。在避雷器动作瞬间，工频续流亦沿该雷电流通道入地，在经过 带环形电极外串间隙避雷器时， 非线性电阻限流元件（氧化锌阀片）利用其电压高时阻值小、电压低时阻值大的非线性特性，将正弦波形的工频续流转变成为尖顶波，如图 2 所示。尖顶波电流在过零前有相当长的时间电流幅值较小，同时，限流元件的残压削减放电电压，使电弧瞬间熄灭，阻断工频续流，此时串联间隙起隔离作用，保护限流元件耐受较高的过电压而不损坏。因此，在雷击架空绝缘线路后，雷电流通过引流环与绝缘导线之间形成的串联间隙流过非线性电阻限流元件，并工频续流及时被切断，避免发生

绝缘子闪络或击穿、架空绝缘线路断线的事故。

1.1. 特点

1.1.1. 硅橡胶外套耐气候老化、耐电蚀损、耐污秽，免维护。

1.1.2. 组成部件少，安装方便。

1.1.3. 特殊力学结构（包括承力骨架、缓冲层）、独有界面偶联技术和硅橡胶外套整体一次成型工艺，确保产品能够承受较大的机械应力，可靠密封、防爆。

1.1.4. 保护特性良好，通过引流环与绝缘导线之间形成的串联间隙和限流元件的协同作用，能有效地切断工频续流，避免绝缘导线雷击后断线。

1.1.5. 由于有串联间隙的隔离作用，运行时不与线路设备形成电气连接。因此，不存在破坏线路绝缘层和长期承受工频电压等缺陷。

2 带环形电极外串间隙避雷器 的 安装、运行及效益分析

2.1. 试点安装



2005 年 9 月，在雷害频繁的 10kV 珩山Ⅰ / Ⅱ回（线路长约 7.5 公里）同塔绝缘线路试点安装带环形电极外串间隙避雷器 50 组（按要求每回线路每隔两基塔安装一组，遇已安装无间隙氧化锌避雷器的杆塔则顺延安装；安装图如图 3 、图 4 所示）， 2005 年 11 月 22 日竣工验收后

投入运行。

1.1. 运行情况

10kV 珩山Ⅰ / Ⅱ回安装带环形电极外串间隙避雷器前后雷害情况对比，如附表。由附表可见， 10kV 珩山Ⅰ / Ⅱ回安装带环形电极外串间隙避雷器后，在 2 年时间内仅发生 1 次雷害故障，而临近的张庄Ⅰ / Ⅱ回在未改变防雷水平的情况下 2 年共发生 8 次雷害故障。加之，通过对 2007 年珩山Ⅰ / Ⅱ回发生的 1 次雷害故障进行分析得出其原因为珩山Ⅰ回的分支路山尾线（该分支路未安装带环形电极外串间隙避雷器）遭受雷击引起。

从运行情况看， 10kV 架空绝缘线路安装带环形电极外串间隙避雷器后大大减少了雷害故障的发生。

附表 线路安装带环形电极外串间隙避雷器前后雷害情况对比表

馈线



2004年



2005年



2006年



2007年



珩山Ⅰ/Ⅱ回



6次



4次



0次



1次



张庄Ⅰ/Ⅱ回



7次



5次



4次



4次



说明：张庄Ⅰ/Ⅱ回全长约3.5km，与珩山Ⅰ/Ⅱ回临近，未安装带环形电极外串间隙避雷器，同为绝缘导线，作为参照线路。

1.2. 效益分析

1.2.1. 成本

工程费用方面，材料设备费 4 万元，设计、安装、调试费 2.8 万元，合计 6.8 万元。平均每组费用 1360 元（ 6.8 ／ 50 × 10000 ）。本工程所试点线路为同塔双回线路，每两组过电压保护器共用一组接地网，部分塔基本身接地电阻能够满足小于 30 Ω的要求，无需增加接地网的投资。因此，本工程在接地网投资方面节约不少费用。

1.2.2. 收益

(1) 减少电量损失

10kV 珩山Ⅰ / Ⅱ回 2004 年雷害的电量损失为 10.8535 万 kWh ，电费损失为 5.43 万元（ 10.8535 × 0.5 ）。

(2) 故障抢修费用

估算每次抢修费用约 900 元（材料费 500 元，车班费 200 元，人工费 200 元），则 10kV 珩山Ⅰ / Ⅱ回得出 2004 年雷害的抢修费用共 0.54 万元（ 900 × 6 ／ 10000 ）。

(3) 无形效益

减少雷害故障发生，提高供电可靠性，为社会提供更优质的供电服务，树立更佳的供电企业形象。

由效益分析可见， 10kV 珩山Ⅰ / Ⅱ回试点安装带环形电极外串间隙避雷器项目直接投入 6.8 万元，每年直接收益约 6 万元（电费损失 5.43 万元， 故障抢修费用 0.54 万元）。从效益分析角度，架空绝缘线路安装带环形电极外串间隙避雷器是可取的。

2 结论

相比无间隙氧化锌避雷器， 带环形电极外串间隙避雷器 运行时不与线路设备形成电气连接，不存在破坏线路绝缘层和长期承受工频电压等缺陷。相比串联间隙， 带环形电极外串间隙避雷器 增加了非线性限流元件，能将工频续流由正弦波变为尖顶波，切断雷电流的能力更强。 从试点线路的情况看，安装带环形电极外串间隙避雷器能有效预防和限制雷电对 10kV 架空绝缘线路的危害，收益显著，该防雷措施值得推广。