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送电线路防雷措施探析

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  • 日期: 2013-09-22
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标签: 送电线路防雷措施探析

文章通过分析高压送电线路雷击闪络跳闸产生的原因,在进行线路防雷工作时,提出一些合理的防雷方式,以提高送电线路耐雷水平。关键词 送电线路;雷击跳闸;防雷措施  一、概述  随着国民经济的发展与电力需求的不断增长,电力生产的安全问题也越来越突出。对于送电线路来讲,雷击跳闸一直是影响高压送电线路供电可靠性的重要因素。由于大气雷电活动的随机性和复杂性,目前世界上对输电线路雷害的认识研究还有诸多未知的成分。架空输电线路和雷击跳闸一直是困扰安全供电的一个难题,雷害事故几乎占线路全部跳闸事故1/3或更多。因此,寻求更有效的线路防雷保护措施,一直是电力工作者关注的课题。  河池电网处于桂西北山区地形剧变、峰高谷深,山峦起伏,线路雷击跳闸是整个电网跳闸的重要原因,经常占到跳闸总数的80%~90%。且由于线路大多处于高山大岭,降低雷击跳部率对于日常线路设备的运行维护人员来说将大大降低劳动强度,且效益是不仅仅是金钱可以衡量的。  目前输电线路本身的防雷措施主要依靠架设在杆塔顶端的架空地线,其运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造。由于其防雷措施的单一性,无法达到防雷要求。而推行的安装耦合地线、增强线路绝缘水平的防雷措施,受到一定的条件限制而无法得到有效实施,如通常采用增加绝缘子片数或更换为大爬距的合成绝缘子的方法来提高线路绝缘,对防止雷击塔顶反击过电压效果较好,但对于防止绕击则效果较差,且增加绝缘子片数受杆塔头部绝缘间隙及导线对地安全距离的限制,因此线路绝缘的增强也是有限的。而安装耦合地线则一般适用于丘陵或山区跨越档,可以对导线起到有效的屏蔽保护作用,用等击距原理也就是降低了导线的暴露弧段。但其受杆塔强度、对地安全距离、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素的影响,因此架设耦合地线对于旧线路不易实施。因此研究不受条件限制的线路防雷措施就显得十分重要,将安装线路避雷器、降低杆塔接地电阻、进行综合分析运用,从它们对防止雷击形式的针对性出发,真正做到切实可行而又能收到实际效果。二、雷击线路跳闸原因  高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关:线路绝缘子的50%放电电压;有无架空地线;雷电流强度;杆塔的接地电阻。高压送电线路各种防雷措施都有其针对性,因此,在进行高压送电线路设计时,我们选择防雷方式首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因。  1.高压送电线路绕击成因分析。根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明,雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。对山区的杆塔,计算公式是:  山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区设计送电线路时不可避免会出现大跨越、大高差档距,这是线路耐雷水平的薄弱环节;一些地区雷电活动相对强烈,使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。  2.高压送电线路反击成因分析。雷击杆、塔顶部或避雷线时,雷电电流流过塔体和接地体,使杆塔电位升高,同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值,即Uj> U50%时,导线与杆塔之间就会发生闪络,这种闪络就是反击闪络。  由以上公式可以看出,降低杆塔接地电阻Rch、提高耦合系数k、减小分流系数β、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际实施中,我们着重考虑降低杆塔接地电阻Rch和提高耦合系数k的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。三、高压送电线路防雷措施清楚了送电线路雷击跳闸的发生原因,我们就可以有针对性的对送电线路所经过的不同地段,不同地理位置的杆塔采取相应的防雷措施。目前线路防雷主要有以下几种措施:1.加强高压送电线路的绝缘水平。高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比,加强零值绝缘子的检测,保证高压送电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。  2.降低杆塔的接地电阻。高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比,根据各基杆塔的土壤电阻率的情况,尽可能地降低杆塔的接地电阻,这是提高高压送电线路耐雷水平的基础,是最经济、有效的手段。3.根据规程规定:在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段,可以增设耦合地线。由于耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大,并使流经杆塔的雷电流向两侧分流,从而提高高压送电线路的耐雷水平。4.适当运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时,避雷器就加入分流,保证绝缘子不发生闪络。根据实际运行经验,在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器可达到很好的避雷效果。目前在全国范围已使用一定数量的高压送电线路避雷器,运行反映较好,但由于装设避雷器投资较大,设计中我们只能根据特殊情况少量使用。本文主要对安装线路避雷器、降低杆塔的接地电阻两方面进行分析:  1.安装线路避雷器。运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时,避雷器就加入分流,保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。  线路避雷器一般有两种:一种是无间隙型;避雷器与导线直接连接,它是电站型避雷器的延续,具有吸收冲击能量可靠,无放电时延、串联间隙在正常运行电压和操作电压下不动作,避雷器本体完全处于不带电状态,排除电气老化问题;串联间隙的下电极与上电极(线路导线)呈垂直布置,放电特性稳定且分散性小等优点;另一种是带串联间隙型,避雷器与导线通过空气间隙来连接,只有在雷电流作用时才承受工频电压的作用,具有可靠性高、运行寿命长等优点。一般常用的是带串联间隙型,由于其间隙的隔离作用,避雷器本体部分(装有电阻片的部分)基本上不承担系统运行电压,不必考虑长期运行电压下的老化问题,且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。  线路避雷器防雷的基本原理:雷击杆塔时,一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔,另一部分雷电流经杆塔流入大地,杆塔接地电阻呈暂态电阻特性,一般用冲击接地电阻来表征。  雷击杆塔时塔顶电位迅速提高,其电位值为Ut=iRd+L.di/dt (1)式中, i——雷电流;     Rd——冲击接地电阻;     L.di/dt——暂态分量。  当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时,将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1>U50,如果考虑线路工频电压幅值Um的影响,则为Ut-U1+Um>U50。因此,线路的耐雷水平与3个重要因素有关,即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说,线路的50%放电电压是一定的,雷电流强度与地理位置和大气条件相关,不加装避雷器时,提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻,在山区,降低接地电阻是非常困难的,这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。  加装线路避雷器以后,当输电线路遭受雷击时,雷电流的分流将发生变化,一部分部分经塔体入地,当雷电流超过一定值后,避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线,传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时,由于导线间的电磁感应作用,将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流,这种分流的耦合作用将使导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络,因此,线路避雷器具有很好的钳电位作用,这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。但由于其费用较高,故综合考虑后未进行行推广运用。  2.降低杆塔的接地电阻。杆塔接地电阻增加主要有以下原因:  (1)接地体的腐蚀,特别是在山区酸性土壤中,或风化后土壤中,最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀,最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处,由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。有时会发生因腐蚀断裂而使杆塔“失地”的现象。还有就是接地体的埋深不够,或用碎石、砂子回填,土壤中含氧量高,使接地体容易发生吸氧腐蚀,由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大,甚至使接地体在焊接头处断裂,导致杆塔接地电阻变大,或失去接地。  (2)在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。  (3)在施工时使用化学降阻剂,或性能不稳定的降阻剂,随着时间的推移降阻剂的降阻成分流失或失效后使接地电阻增大。  (4)外力破坏,杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。  高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比,根据各基杆塔的土壤电阻率的情况,尽可能地降低杆塔的接地电阻,这是提高高压送电线路耐雷水平的基础,是最经济、有效的手段。针对河池供电局部分线路接地电阻值长期以来偏大,降低了线路的耐雷水平。为确保线路安全运行,对不同的杆塔型式我们采用φ8的园钢进行了接地网统一设计、统一加工,避免了高山大岭上进行施工焊接造成工艺质量不合格等的可能,同时也减少了野外工作量,大大降低劳动强度,加快改造速度。通地改造使杆塔地网的接地电阻值大幅度降低,从而使线路的耐雷水平从理论上得到大大提高。1.设计接地网改造型式。方案:利用绝缘摇表采用四极法进行土壤电阻率的测试,以及采用智能接地电阻测试仪,直测土壤电阻率。根据测试的土壤电阻率的结果进行比较再根据设计时所给予的接地装置的型式,确定最终的接地体的敷设方案。  有架空地线路的线路杆塔的接地电阻接地放射线  (1)土壤电阻率在10000欧·米及以上的杆塔:采用八根放射线不小于518米的φ8圆钢进行敷设并焊接。(2)土壤电阻率在2300~3200欧·米的杆塔:采用八根放射线不小于518米的φ8圆钢进行敷设并焊接。  (3)土壤电阻率在1500~2300欧·米的杆塔:采用八根放射线不小于358米的φ8圆钢进行敷设并焊接。(4)土壤电阻率在1200~1500欧·米的杆塔:采用八根放射线不小于238米的φ8圆钢进行敷设并焊接。(5)土壤电阻率在750~1200欧·米的杆塔:采用八根放射线不小于198米的φ8圆钢进行敷设并焊接。(6)土壤电阻率在500~750欧·米的杆塔:采用八根放射线不小于138米的φ8圆钢进行敷设并焊接。(7)土壤电阻率在250~500欧·米的杆塔:采用八根放射线不小于118米的φ8圆钢进行敷设并焊接。(8)土壤电阻率在250欧·米及以下的杆塔:(下转第192页)(上接第194页)采用八根放射线不小于388米的φ8圆钢进行敷设并焊接。2.杆塔接地装置埋深:在耕地,一般采用水平敷设的接地装置,接地体埋深不得小于0.8米;在非耕地,接地体埋深不得小于0.6米。在石山地区,接地体埋深不得小于0.3米。3.接地电阻值不能满足要求时,可适当延伸接地体射线,直至电阻值满足要求为止,个别山区,如岩石地区,当射线已达8根80米以上者,可不再延长。4.接地体的连接:采用搭接方式,两接地体搭接长度不得小于圆钢直径的6倍。  5.防腐:焊接部位必须处理干净再做防腐处理。  6.为了减少相邻接地体的屏蔽作用,水平接地体之间的接近距离不得小于5米。三、采取的措施  1. 对线路中测出的接地电阻不合格的杆塔的接地电阻进行重新测试;并测试土壤电阻率。  2. 对查出的接地电阻不合格的杆塔接地放射线进行开挖检查,重新对本杆塔的敷设接地线,并进行焊接。  3.对检查中发现已烂断或无接地引下线的杆塔接地装置进行焊接,并对接地电阻重新测试,不符合规定的重新进行敷设。  4.对被浇灌在保护帽内的接地引下线,采取的方式可为将引下线从保护帽内敲出,再重新浇灌保护帽或将引下线锯断重新进行焊接。  5.对重新敷设的接地电阻不合格的杆塔,再次使用降阻剂进行改造。  四、结语  在总结了送电线路防雷工作存在的问题和如何运用好常规防雷技术措施的基础上,我们认为雷电活动是小概率事件,随机性强,要做好送电线路的防雷工作,就必须抓住其关键点。综上所述,为防止和减少雷害故障,设计中我们要全面考虑高压送电线路经过地区雷电活动强弱程度、地形地貌特点和土壤电阻率的高低等情况,还要结合原有高压送电线路运行经验以及系统运行方式等,通过比较选取合理的防雷设计,提高高压送电线路的耐雷水平。雷电活动是一个复杂的自然现象,需要电力系统内各个部门的通力合作,才能尽量减少雷害的发生,将雷害带来的损失降低到最低限度。

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