农村电网35kV、10kV输配电线路防雷措施的探讨

2022-09-10 版权声明 我要投稿

引言

农村电网的接线方式广泛采用无备用的放射式、干线式及树枝式接线。其方式具有简单、经济、运行方便等优点,但有供电可靠性差的缺点。尤其是农村电网35kV输电线路、10kV配电线路,其绝缘等级不高,在雷雨季节,经常因雷害事故而造成大面积停电,给工农业生产带来了损失,同时给人们的日常生活带来影响。

连州供电局2004年所管辖的农村电网35kV输电线路228km, 10kV配电线路1250km,沿途多经高山丘陵多雷地带,年雷电日在75d以上,雷击故障频繁。根据记录统计,全年线路跳闸457次,由于雷击引起的达232次。严重威胁着输变电设备的安全运行,也大大加重了运行维护人员的劳动强度。由此可见,加强线路防雷保护尤为迫切。

1 雷电对电力线路的危害

架空线路受到直接雷击或线路附近落雷时,导线上会因电磁感应而产生过电压,即大气过电压 (外过电压) 。这个电压往往高出线路相电压的2倍及以上,使线路绝缘遭受破坏而引起事故。当雷击线路时,巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差,从而导致线路绝缘闪络。雷击不但危害线路本身的安全,而且雷电会沿导线迅速传到变电站,若站内防雷措施不良,则会造成站内设备严重损坏。

2 防范措施及应用情况

35kV输电线路的防雷,按照常规在进出发电厂、变电站1~2km装设了避雷线,其次在部分易遭受雷击的杆塔装设了消雷器和避雷器。10kV配电线路点多面广、线路电压等级相对较低,在线路上都没有装设防雷措施。

但是,很多单位在设计35kV输电线路时,为了节省投资,降低造价,在进出发电厂、变电站进出线仅架设了几百米至1km避雷线,在线路故障跳闸分类统计中发现,雷击故障频繁,并没有起到预期的效果。例如35kV龙坪站,原设计 (1979年架设) 进站段架设避雷线没按规程要求,仅架设600m避雷线,雷击故障频繁,变电站设备受到多次损坏。在雷雨季节,经常因雷害事故而造成停电,供电很不正常。后增加架设1km避雷线和安装合格的地网,解决了经常因雷害事故而造成停电的现象。又如35kV连罗线22#杆和35kV连罗线大田支线6#杆,由于无架设避雷线和无安装杆塔接地网,分别在2004年8月5日和8月7日遭受雷击,变电站过流保护动作,开关跳闸。其22#杆遭雷击后,送侧A相、受电侧A相瓷瓶存在明显闪络痕迹并爆裂;6#杆遭雷击后,送侧A相、受侧A相瓷瓶存在明显闪络痕迹并爆裂。

消雷器的设计思想是企图中和雷云电荷,把雷电荷消灭掉或限制放电电流。各种提前发射接闪器的设计思想是企图把避雷针的接闪效果提高,即扩大保护范围。这几种非常规防雷产品到目前为止都没有被国际防雷组织所承认。

总结经验,完善过电压保护措施,为减少雷击事故,以相对比较成熟的常规防雷技术,采取降低杆塔接地电阻、加装耦合地线及线路避雷器、减小线路避雷线保护角、增加绝缘子片数、采用自动重合闸等措施均可以有效地降低雷击跳闸率。以上加强防护措施可根据线路的重要性、雷电活动的频率、地形地貌特点以及土壤电阻率等情况确定选取合理的一种或几种组合。

2.1 架设避雷线以及减小避雷线保护角

避雷线是输电线路最基本的防雷措施之一,它的功能: (1) 防止雷电直击导线; (2) 雷击杆塔时对雷电流的分流作用,减小流入杆塔的雷电流,使杆塔顶电位降低; (3) 对导线有耦合作用,降低雷击杆塔时塔头绝缘上的电压; (4) 对导线能起到屏蔽作用,降低导线上的感应过电压。

减小保护角可降低绕击率,保证雷电不致绕过地线而直接击中导线,并且避雷线的保护角愈小,其遮蔽效果越好。根据多年运行经验,避雷线的保护角一般采用20°~30°,在发电厂和变电站的进出线段,避雷线对边导线的保护角不宜超过20°。但随着线路电压等级的降低,避雷线在线路造价中的比重增加较大。35kV线路一般不沿全线架设避雷线,只在发电厂、变电站进出线段架设1~2km避雷线 (如线路很短,两段进线保护段架设避雷线后所剩不多,且供电性质又十分重要的除外) 。

要正确认识《规范》规定的1~2km的进线段保护距离,这是指一般而言。一般雷暴日超过40d的多雷地区,进出线段应达3km或更长一点,并且还要提高进出线段水泥电杆的耐雷水平 (在进出线段要多加一片绝缘子) ,尽量减少雷击造成的闪络。

考虑到35kV系统是中性点不直接接地的小电流接地系统,也就是说35kV线路允许单相接地短时运行,那么在线路设计时,应把无避雷线部分线路尽量采用导线三角形排列方式,使最上面一相导线充当避雷线的作用。架设避雷线的进出线段,应尽量采用导线水平排列的门型杆塔,因双避雷线对雷电流有分流作用,可降低雷击杆顶的电位,使雷击跳闸率减少。若其间有单杆双杆交替,因单双避雷线的过渡点与导线由三角形排列向水平排列的过渡点在施工过程中难以保证统一,会造成导线过渡点附近的保护角过大,而增大绕击机会。同时,双避雷线在杆顶还要互相联结并分别装设接地引下线。

10kV配电网线路点多、面宽、线长,线路不可能用避雷线作保护,再者配电线路也是采用中性点不接地系统,档距也很小,故导线容易做到三角形排列,最上面的导线可起到避雷线作用,最好在最上面导线的绝缘子上每隔6~7基装设一个接地的保护间隙。

为防止感应雷,不能把进出线段的避雷线引到变电所的出线龙门架上,只能引到线路的终端杆塔处。

2.2 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。规程要求,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表1所列数值。

避雷线对雷电过电压的降压作用,是依靠低的接地电阻来实现的,而且接近于比例关系。对一般高度的杆塔,降低线路杆塔地网接地电阻是提高线路耐雷水平,以防止反击的有效措施,也是最经济、最有效降低线路雷击跳闸率的措施之一。

同时也要重视无避雷线的杆塔接地。无避雷线的水泥电杆、金属杆塔的接地电阻虽然一般不限制,但在年均雷暴日超过40d的地区,接地电阻也不容许超过30Ω。

因此,为做好接地装置的全过程技术管理工作,需加强输电线路杆塔地网的检查维护,按有关规程规定定期对线路杆塔接地网进行检查测试,并及时对线路中杆塔接地电阻值偏高的杆塔地网进行技术改造处理,同时加强曾发生雷击跳闸线路杆塔的接地电阻测试工作。

据过去雷击跳闸的统计发现,检测杆塔接地电阻均符合设计值要求的,未发现有因地网阻值不良而发生的雷击跳闸情况出现。这表明,在定期检测与及时改造不合格地网方面,成效是显著的。

2.3 加强绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔 (如:跨河杆塔、跨沟谷杆塔) ,这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越档导线与避雷线之间的距离,以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。

根据大量的权威试验数据表明,绝缘子串的雷电冲击闪络电压和绝缘子的型式关系不大,而主要取决于串长。但在线路设计过程中,一般不按雷电过电压的要求选择绝缘子串的绝缘子强度,但应根据已选定的绝缘子水平来检验线路的耐雷水平,并应符合现行规程规定。如在某些情况下雷击跳闸率太高,则可根据具体情况 (如考虑采用降低接地电阻等其他综合措施) 酌量增加绝缘子片数。另外,零值和劣质绝缘子增多,绝缘水平下降亦会造成耐雷水平偏低。

2.4 安装线路型氧化锌避雷器

即使在全线架设避雷线,也不能完全排除在导线上出现过电压的可能性,安装线路避雷器可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作,给雷电流提供一个低阻抗的通路,使其泄放到大地,从而限制了电压的升高,保障了线路、设备安全。线路氧化锌避雷器作为一种新的线路防雷技术,已得到越来越广泛的认可和应用。很多单位已积累了一定的经验,且多年的运行经验表明,在雷电活动频繁、土壤电阻率高、地形复杂的地区安装线路型氧化锌避雷无论在防止雷绕击导线、雷击塔顶或地线时的反击都非常有效。

(KA)

注:1.表中较大数值用于多雷区或较重要的线路:2.双回路或多回路杆塔的线路, 应尽量达到表中的数值。为此, 可采取改善接地、架设耦合地线或适当加强绝缘等措施。

3 防雷新思路

以往防雷工作都是以防、堵为主,而近年来,在防雷方面又出现了一种新思路,就是既然雷害是不可预测,不可避免的,那么不如顺其自然,以疏导为主,只要能找到对保证输电线路运行安全的通道来疏导雷电流,问题就解决了。而安装引弧间隙就是这一思路的产物。

安装引弧间隙的目的就是用间隙保护绝缘子串,避免放电损坏绝缘子而造成永久性故障。根据有关资料介绍,在大跨越杆塔上应用,引弧效果很好。但这一方法带来的负作用就是:跳闸率会增加。因此,在可靠性分析中,雷击跳闸率的标准相应要修改。

另外,我们有必要拓宽思路,例如,当同杆架设时,考虑不平衡绝缘的方式,以保证不会多条线路 (同一电源) 同时跳闸。

4 结束语

为提高农村电网的可靠性,保证线路不间断供电,除加强防雷保护的技术管理工作和对避雷器勤于检测外,还应从技术上采取措施:

(1)对35kV输电线路个别较弱的杆塔或设备,如线路交叉档、大跨越档、特殊高的杆塔和换位杆塔,要加装保护间和加强绝缘,在必要的情况增设耦合地线等,万一这类杆塔发生雷击损坏,检修十分困难,势必造成长时间停电。

(2)对35kV输电线路,要选用足够遮断容量的断路器,采用自动合闸装置 (对没有操作电源的手动断路器,要装设机械重合闸装置) 。为提高重合闸的成功率,还应尽可能采用速动的继电保护。

(3)对l0kV配电线路,也应尽可能采用重合闸装置,最好条条线路有重合闸,为防止导线被短路电流烧伤或烧断,应将继电保护的动作时间尽量压缩。为缩小故障范围,配电线路的支线上要装设一组熔断器或装设一台带保护的柱上断路器。

(4)在35kV线路或l0kV配电线路的电容电流分别大于30A和10A时,应装设消弧线圈。

(5)接地装置除满足防雷要求外,还应注意均压问题,防止跨步电压或接触电压引起事故。

(6)自2002年初起,雷电定位系统开始投入使用,由于其定位较为准确,使运行单位能及时掌握雷电相关参数,确定雷击点位置,开展重点地巡查,大大减轻了线路巡查的强度,有效地缩短了事故处理恢复供电的时间,是一个值得推广的应用系统。

摘要:本文结合农村电网输配电架空线路防雷措施设置现状, 对加强农村电网输配电架空线路防雷措施进行探讨, 并提出了相应的措施。

关键词:架空线路,雷电,防雷措施

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