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        淺議輸電線路的防雷保護

        2011-12-20 03:49:24傅震輝
        城市建設理論研究 2011年23期
        關鍵詞:避雷線閃絡避雷器

        傅震輝

        摘要:隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展,輸電網(wǎng)絡越來越密集。雷擊引起的輸電線路跳閘故障也日益增多,不僅影響設備的正常運行,而且極大地影響了日常的生產(chǎn)、生活。雷擊已成為影響輸電線路安全可靠運行的最主要因素。筆者根據(jù)多年實踐經(jīng)驗,積極開展對等試驗研究工作,分析了線路防雷的基本任務和防雷設計的方法,并找到許多有效的防范措施。

        關鍵詞:輸電線路防雷保護措施

        河源電網(wǎng)位于廣東電網(wǎng)粵東主通道上,有3個縣緊挨江西革命老區(qū)?,F(xiàn)有的35-500kV相關輸電線路約3500多公里,約80%均分布在山區(qū),線路所經(jīng)地區(qū)為多雷區(qū)。地處粵東北部的河源電網(wǎng),地區(qū)年均雷暴日達70日以上,線路雷擊跳閘是整個電網(wǎng)跳閘的重要原因,經(jīng)常占到跳閘總數(shù)的80%以上。所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障,進而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。

        一、輸電線路防雷保護的基本任務

        采用技術上與經(jīng)濟上合理的措施,將雷擊事故減少到可以接受的程度,以保證供電的可靠性與經(jīng)濟性,是線路防雷的基本任務,包括以下四個方面:

        (一)不繞擊。用避雷線或改用電纜等措施,盡量使雷不繞擊到導線上。

        (二)絕緣子不閃絡。用改善接地或加強絕緣等措施,使避雷線或桿塔受雷擊后,絕緣子不閃絡。

        (三)不建立穩(wěn)定工頻電弧。即使絕緣子串閃絡,也要它盡量不轉變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧,開關不跳閘。為此應減少絕緣子的工頻電場強度或者電網(wǎng)中性點采用不接地或經(jīng)消弧圈地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動消除,不致引起相間短路和跳閘。

        (四)不中斷電力供應。這是最后一道防線,即使開關跳閘也不中斷電力供應。在送電線路防雷中,允許有一小部分雷擊引起線路絕緣子閃絡,然后用減少建弧率以及自動重合閘的辦法,把雷害引起的停電事故數(shù)減少到可以接受的程度。

        二、輸電線路防雷設計方法

        目前,我國輸電線路的防雷保護有很多形式。在選擇輸電線路的防雷設施時,應按照當?shù)氐睦纂娀顒忧闆r、系統(tǒng)的中性點接地方式、輸電線路的絕緣情況、有無自動重合閘或備用自投裝置、負荷的重要程度等各項條件來綜合考慮,并按照技術經(jīng)濟比較的結果來作出決定采用最佳保護方案。在輸電線路防雷設計中,必須緊密結合當前電力生產(chǎn)和建設的實際情況,不斷收集和積累各種數(shù)據(jù)和資料,經(jīng)??偨Y防雷保護工作中的經(jīng)驗教訓,提出新的更加有效的保護技術措施,制造相應的保護裝置,以滿足不斷發(fā)展的電網(wǎng)的需要。為了保證防雷保護的設計技術的先進性和設計方案的合理性,必須根據(jù)當?shù)乩纂娀顒忧闆r和電力網(wǎng)的具體特點等,進行充分的技術經(jīng)濟論證。

        三、輸電線路防雷措施

        (一)架設避雷線

        架設避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導線,同時還具有分流作用、耦合作用和屏蔽作用,從而減小流經(jīng)桿塔的雷電流,以降低塔頂電位,減小線路絕緣子的電壓,降低導線上的感應過電壓。通常來說,線路電壓愈高,采用避雷線的效果愈好,而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低。因此,從理論上來說,110kV及以上電壓等級的輸電線路均應全線架設避雷線。同時,為了提高避雷線對導線的屏蔽效果,減小繞擊率,避雷線對邊導線的保護角以20°~30°為宜。220kV及330kV雙避雷線線路應做到20°左右,500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設雙避雷線,保護角以15°為宜。

        (二)安裝線路避雷器

        近年來,隨著金屬氧化物避雷器技術的成熟,以及制造成本的降低,在輸電線路運用避雷器保護已經(jīng)逐漸被人們認同,國內(nèi)外已有充分的運行經(jīng)驗,安裝避雷器的桿塔基本上不出現(xiàn)雷擊跳閘,目前我國各地都在大量進行應用。加裝線路避雷器以后,當輸電線路遭受雷擊時,雷電流的分流將發(fā)生變化,一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔,一部分經(jīng)塔體入地,當雷電流超過一定值后,避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線,傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導線時,由于導線間的電磁感應作用,將分別在導線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流,這種分流的耦合作用將使導線電位提高,使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓,絕緣子不會發(fā)生閃絡,因此,線路避雷器具有很好的鉗電位作用,這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。

        線路避雷器有兩種類型,即帶串聯(lián)間隙和無串聯(lián)間隙兩種,因運行方式不同和電站避雷器相比在結構設計上也有所區(qū)別。線路避雷器安裝時應注意:要選擇多雷區(qū)且易遭雷擊的輸電線路桿塔,最好在兩側相臨桿塔上同時安裝;垂直排列的線路可只裝上下兩相;安裝時盡量不使避雷器收力,并注意保持足夠的安全距離;避雷器應順桿塔單獨敷設接地線,其截面不小于25平方毫米,盡量減小接地電阻的影響。

        (三)降低桿塔接地電阻

        桿塔接地電阻是影響塔頂電位的重要參數(shù),對于一般高度的桿塔,當桿塔型號、尺寸與絕緣子型號和數(shù)量確定后,降低桿塔接地電阻對提高架空送電線路耐雷水平、減少反擊概率是非常有效的。當桿塔型式、尺寸和絕緣子型式、數(shù)量確定后,影響線路反擊耐雷水平的主要因素則是桿塔接地電阻的阻值。各種電壓等級,線路耐雷水平均隨桿塔接地電阻的增加而降低。依據(jù)雷電流幅值累積概率分布的固有特點:低幅值雷電流出現(xiàn)的概率明顯大于高幅值雷電流出現(xiàn)的概率。由此可知,隨著系統(tǒng)標稱電壓的提高,桿塔接地電阻的作用將變得更加重要。根據(jù)不同地形、土質,采取不同的改造接地網(wǎng)的技術方法,可有效降低所改造桿塔的接地電阻。實踐證明,改善接地是很有效的防雷改進措施。

        (四)架設耦合地線

        在降低桿塔接地電阻有困難時,可以采用在導線下方架設地線的措施,其作用是增加避雷線與導線間的耦合作用以降低絕緣子串上的電壓。此外,耦合地線還可增加對雷電流的分流作用。運行經(jīng)驗證明,耦合地線對降低雷擊跳閘率的作用是很顯著的,尤其在山區(qū)的線路其效果尤為明顯。

        (五)保護間隙防雷

        在中性點直接接地的電網(wǎng)中,保護間隙被擊穿時,要發(fā)生短路現(xiàn)象,其原因是保護間隙擊穿時,就和中性點接地處形成單相短路回路。在中性點不接地的電網(wǎng)中,當兩相間隙同時擊穿時,就要發(fā)生相間短路。由于間隙擊穿時不能自動滅弧,所以會引起電源側斷路器自動跳閘,從而對輸電線路及其設備起到保護作用。

        (六)裝設自動重合閘

        眾所周知,山區(qū)的輸電線路,特別是架設在雷電活動頻繁的山上的線路,線路雷擊跳閘是不可避免的,重合閘裝置是則不失為線路防雷的好辦法。這樣可提高重合閘裝置動作的可靠性,有效地保證雷擊跳閘后的供電可靠性。雙回線路雷擊同時跳閘次數(shù)約占總雷擊跳閘次數(shù)的70%,為此應盡量減小雷電反擊造成的同塔雙回線路同時跳閘率(雷電繞擊因雷電流較小,一般不會造成雙回線路同時跳閘),可在原有同塔雙回線路桿塔上采用不平衡絕緣方式,即在其中一回線路中增加2片絕緣子,來提高該回線路的耐雷水平,而另一回線路保持原有絕緣水平不變。這樣,雷擊桿塔時弱絕緣的一回線路先閃絡,閃絡后的導線又相當于地線,增加了對強絕緣回路導線的耦合作用,使其不跳閘。

        四、輸電線路的維護

        為了防止雷擊跳閘停電,除了在防雷技術上多做研究之外,應該定期對輸電線路進行管理與檢修。應根據(jù)地形條件和氣候條件等綜合考慮運行方式,并對防雷設備的接地情況進行檢查,在輸電線路管理中,要增加巡視站,定期清理線行下的樹枝等;盡量避免電能在輸電網(wǎng)中的損耗,降低損耗可以通過加強電力網(wǎng)的維護工作來實現(xiàn),其維護工作主要是定期清掃線路、變壓器、斷路器等的絕緣子和絕緣套管等。值得一提的是,我們在實際工作中,應綜合考慮系統(tǒng)的運行方式、防止雷擊永久性故障和降低雷擊跳閘率,還要根據(jù)線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌特點、清理線行周圍的不利因素、加裝線路避雷器和接地電阻監(jiān)測等措施,以降低雷電天氣對輸電線路造成的危害。

        五、結語

        綜合上述,對于防止架空配電線路導線雷擊斷線措施是多種多樣的,各有優(yōu)缺點,隨著防雷擊術的研究和發(fā)展,輸電線路防雷的保護措施會越來越多,在實際中,輸電線路的防雷保護是一個系統(tǒng)工程,要從實際出發(fā),因地制宜,綜合治理,并重視和加強管理和維護檢修,定能有效地防止雷電對電網(wǎng)造成的損害,確保電網(wǎng)安全。

        參考文獻:

        1. 胡洪泉:《防雷裝置檢測中常見疑難問題分析及解決辦法》,《吉林氣象》,2009年第4期。

        2. 周榮斌:《線路型避雷器的應用》,《廣東電力》,2005年第12期。

        3. 李景祿:《現(xiàn)代防雷技術》,中國水利水電出版社,2009年4月第1版。

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