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“避雷器间隙距离正常，避雷器本体正常，高低压侧电极正常。”11月8日，安徽电力科学研究院输变电技术中心过电压专业主管刘静利用输电全景智慧管控平台查看±1100千伏吉泉线新装避雷器的运行情况。
10月14日，由国网安徽省电力有限公司、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司等单位联合研发的±1100千伏输电线路用复合外套带串联间隙金属氧化物避雷器在吉泉线安徽段3基铁塔上完成安装调试，正式投入运行。
总结雷电活动规律，评估雷害风险
2018年年底，起于新疆准东(昌吉)换流站、止于安徽宣城(古泉)换流站的±1100千伏吉泉特高压输电线路投运。该线路途经新疆、甘肃、安徽等六个省份，总长3304.7千米。
“鉴于吉泉线的重要性，线路投运前，我们就在国网设备部的组织下研究该线路的防雷措施。”国网安徽电力设备部输电处处长魏敏介绍，“在采取降低铁塔接地电阻等防雷措施的同时，我们开展了±1100千伏避雷器研发工作。因为设备用于世界上最高电压等级输电线路，相关的雷电防护工作无从参考，研究工作面临很多困难。”
2019年1月，安徽电科院与武汉南瑞有限责任公司、全球能源互联网研究院有限公司、清华大学等联合，组成项目团队，从±1100千伏输电线路防雷特性、避雷器研发及应用、避雷器智能在线监测装置及平台开发与应用着手，开展雷电防护研究工作。
“避雷器可以保护输电线路上的设备免受雷电过电压影响。我们第一步统计分析了±1100千伏吉泉线沿线地区雷电活动情况，总结雷电活动规律，开展全线雷害风险评估。”刘静说。
项目团队统计了吉泉线沿线6079基铁塔的塔型、档距、塔高以及铁塔所在地区的地形地貌、气候类型、海拔高度，根据雷电定位系统提供的历年雷电活动数据，分析每基铁塔的地闪密度、雷电流幅值等雷电参数;考虑±1100千伏运行电压影响，分析避雷器的额定电压、雷电冲击残压等参数;研究在不同安装位置、不同雷电流幅值及各种典型过电压作用下，避雷器从一个稳定状态到另一个稳定状态的暂态过程。
通过一系列研究，项目团队准确掌握了±1100千伏吉泉线沿线雷击风险分布规律及雷击影响，最终确认雷击风险较高的铁塔主要集中在安徽段、河南段和陕西段。安徽省芜湖市境内有3基铁塔位于全线地闪密度最大的区段，其中2基铁塔的雷击风险更是达到最高的D级。
“D级表示地闪密度大于7.98次/(平方千米·年)，雷电活动最强。”刘静说，“只有应用可靠的雷电防护系统、安装性能优良的避雷器，才能降低线路雷害风险，保障电网安全稳定运行。”
逐个攻克难题，成功研发±1100千伏输电线路避雷器
2020年1月，项目团队基于±1100千伏吉泉线全线雷害风险评估结果，着手研发±1100千伏输电线路用复合外套带串联间隙金属氧化物避雷器。
在不考虑雷电活动的时空分布差异等情况下，直流输电线路正负两极导线被雷击时，会出现一个极性比另一个极性蚀除量大的现象，即直流输电线路的电压极性效应。电压极性效应会造成正极导线的雷击闪络率居高不下，从而导致输电线路发生单次换相失败或者连续换相失败。这是在研发过程中，项目团队首先需要解决的问题。项目团队开展直流输电系统相关研究，提出了调节同步调相机、结合故障特征调节定关断角控制器的关断角、减小逆变侧换流器触发角等措施抑制换相失败。
避雷器内部最重要的元器件是电阻片。±1100千伏输电线路对避雷器额定电压、直流参考电压、雷电冲击残压等参数的要求比±800千伏输电线路更高，因而装在±1100千伏输电线路上的避雷器需要容量更大、残压更低、冲击稳定性更强的氧化锌电阻片。项目团队反复试验，调整电阻片中的氧化锌及其他添加剂的比重，最终研制出具有大容量、小尺寸、低残压特点的电阻片。“这个电阻片高度比±800千伏避雷器电阻片低4.4%，容量大出11.3%，并且残压比也远低于±800千伏避雷器电阻片。”刘静说。
±1100千伏吉泉线多处于山区丘陵地带，容易受潮气影响。项目团队在研制避雷器硅橡胶复合外套时，改善了硅橡胶及添加剂的配方，确保长期置于野外的避雷器内部电阻片不受潮，不发生劣化。
2021年1月，国内首台±1100千伏输电线路用复合外套带串联间隙金属氧化物避雷器在武汉下线，并通过试验检测。
今年8月，国网设备部组织专家对该避雷器挂网试运行方案进行评审。专家们一致认为该避雷器本体性能优良，在雷电过电压下能快速动作，释放雷电能量，防止导线和铁塔之间空气间隙或绝缘子串被击穿，针对±1100千伏输电线路具有良好的雷电防护性能，可以挂网试运行。
选择最优安装方案，避雷器挂网试运行
经过20多名施工人员10天的努力，今年10月14日，±1100千伏吉泉线安徽段3基铁塔上安装了±1100千伏输电线路用复合外套带串联间隙金属氧化物避雷器。
避雷器高11米，重约1吨。要把它稳固地安装在距离地面40多米的铁塔支架上，需考虑它所受的侧面风压，确保安装后的稳固性。此外，施工人员还要精准控制避雷器与导线之间2450毫米的空气间隙距离，允许误差仅为±50毫米。
安装前，项目团队、厂家、施工人员反复研讨，提出三个安装方案，分别是架设避雷器塔、悬吊式安装、安装支撑式支架并配合使用复合绝缘子串进行加固。
“第一个方案费用高，第二个方案需要补强铁塔结构，安装时需要穿越导线，施工难度大。”刘静介绍，“第三个方案，支撑式支架连在铁塔主材上，铁塔受力小，安全性高;无须穿越导线安装，施工难度小;安装位置低，装卸维护方便。”最终第三个安装方案得到专家的认可。
为了监控避雷器的运行状态、检验避雷器的应用效果，项目团队还研发了智能在线监测装置，在安装避雷器的同时调试接入该装置。后续，安徽电科院专业人员将通过该装置监测避雷器运行状态，获取线路遭受雷击过程中避雷器动作时间、雷击次数、雷电流参数与波形等信息，积累避雷器运行数据，为后续避雷器运行效果分析提供数据支撑。
来源：国家电网报
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