潘英吉, 周和平

(1.國(guó)網(wǎng)吉林供電公司, 吉林 吉林 132001;2.吉林市電力設(shè)備安裝有限公司, 吉林 吉林 132011)

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10 kV線路避雷器保護(hù)范圍及預(yù)防性試驗(yàn)

潘英吉1, 周和平2

(1.國(guó)網(wǎng)吉林供電公司, 吉林 吉林 132001;2.吉林市電力設(shè)備安裝有限公司, 吉林 吉林 132011)

分析了10 kV架空線路的雷害事故,探討了避雷器有效保護(hù)范圍,并對(duì)避雷器進(jìn)行周期預(yù)防性試驗(yàn)。提出要結(jié)合國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1292—2013《配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線防護(hù)導(dǎo)則》,沿線桿塔均應(yīng)逐級(jí)逐相安裝避雷器,且應(yīng)盡量降低避雷器上的殘壓,消除保護(hù)盲區(qū),確保10 kV架空線路的安全運(yùn)行。

10 kV線路; 雷害事故分析; 防護(hù)措施; 預(yù)防性試驗(yàn)

0 引 言

為提高供電可靠性,10 kV配電系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式,架空線路已由原來(lái)的裸導(dǎo)線逐漸更換為絕緣導(dǎo)線。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定,允許帶接地點(diǎn)運(yùn)行2 h。在運(yùn)行中,雷電擊到架空裸導(dǎo)線上與架空絕緣導(dǎo)線上所產(chǎn)生的結(jié)果是不一樣的,同時(shí)涉及到線路避雷器的有效保護(hù)范圍。

1 事故分析

10 kV配電網(wǎng)對(duì)地絕緣相對(duì)較薄弱的環(huán)節(jié)是絕緣立瓶對(duì)地的距離,也就是在絕緣立瓶中心線左右L=100～120mm處,這是導(dǎo)線對(duì)地的空氣距離最近的地方。當(dāng)雷電擊在架空裸導(dǎo)線A相上時(shí),放電過程如圖1所示。

直擊雷或感應(yīng)雷擊在架空裸導(dǎo)線上,首先在線路對(duì)地空氣距離最近點(diǎn)L處放電,雷電流Id沿弧光泄入大地,UA=0,其他良好相對(duì)地電壓升為線電壓,B、C相的電容電流沿接地點(diǎn)及弧光通道流回到電源,并形成工頻續(xù)流。由于弧光的低壓端被鉗制在絕緣立瓶的根部,弧光高壓端在電磁力的作用下,沿著負(fù)荷電流方向移動(dòng),使弧光對(duì)地距離迅速被拉大,直至電弧自動(dòng)熄滅。若雷電擊在兩相或三相導(dǎo)線上時(shí),形成短路,電流保護(hù)動(dòng)作跳閘。

圖1 雷擊裸導(dǎo)線放電過程

如果雷電擊在架空絕緣線路上,即C相上時(shí),同樣在距絕緣立瓶中心線L處導(dǎo)線絕緣層被擊穿,表面上下呈現(xiàn)細(xì)小針孔狀。雷擊絕緣導(dǎo)線放電過程如圖2所示。

圖2 雷擊絕緣導(dǎo)線放電過程

雷電在針孔位置對(duì)絕緣立瓶根部進(jìn)行放電,即形成雷電流Id,并通過桿塔泄入大地。C相對(duì)地電壓UC為0,A、B相對(duì)地電壓升高為線電壓。高壓端的電弧雖然受到電磁力的作用,但因絕緣層的阻礙,固定在針孔位置,低壓端的電弧被鉗制在立瓶根部,均無(wú)法移動(dòng),工頻電容電流IC=IA+IB沿雷電流通道的接地點(diǎn)流回電源。10 kV系統(tǒng)由瞬間接地轉(zhuǎn)變成持續(xù)性接地,最終工頻續(xù)流引起的弧光將架空絕緣導(dǎo)線燒斷。

2 避雷器保護(hù)范圍

為保護(hù)線路安全運(yùn)行,避雷器有效保護(hù)范圍一直是安全運(yùn)行研討的課題。當(dāng)雷電擊在線路任何位置時(shí),由于雷電波受到電磁力的作用,將沿電流方向移動(dòng)。因線路對(duì)地的空氣最小距離就是絕緣立瓶對(duì)地的距離,如果在絕緣立瓶處安裝一組避雷器,在雷擊高電壓的作用下,避雷器中的氧化鋅(ZnO)電阻片即刻呈現(xiàn)低阻值,將雷電流泄入大地,雷電波變化過程如圖3所示。

避雷器ZnO電阻片在系統(tǒng)正常電壓下,呈現(xiàn)高阻抗,剩余電流ILd<50 μA。當(dāng)雷電擊在線路上時(shí),避雷器電阻片呈現(xiàn)低阻抗,將幾百安培雷電流泄入大地,故可以把電阻片作為閥門開關(guān)。圖3中,雷電波bo1經(jīng)避雷器泄入到大地一部分能量bo2,線路上雷電壓幅值急劇下降。當(dāng)雷電壓等于避雷器本身殘壓時(shí),ZnO電阻片即刻恢復(fù)到高阻值狀態(tài),閥門關(guān)閉,雷電流突然截止,近乎為0。依據(jù)電磁感應(yīng)定律,電流變化率的突變,勢(shì)必引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)陡峭上升,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)疊加在殘壓上,使雷電波bo3電壓再次升高,對(duì)下一級(jí)絕緣立瓶進(jìn)行放電;如果雷電擊在兩級(jí)桿塔中間,雖然雷電波因受到電磁力的吸引,沿電流方向移動(dòng),但第N(N=1,2,3…)級(jí)桿塔上避雷器若感受到雷電高電壓時(shí),仍然會(huì)動(dòng)作,將雷電流泄入大地。為防止下一級(jí)絕緣立瓶閃絡(luò),造成絕緣擊穿,第N+1級(jí)桿塔上同樣需要安裝一組避雷器,再次將雷電流泄入大地。

圖3 雷電波變化過程

經(jīng)上述分析,為保護(hù)全線路安全和減少雷害所造成的損失,架空裸導(dǎo)線或絕緣導(dǎo)線沿線應(yīng)逐級(jí)逐相安裝避雷器,并且應(yīng)盡量降低避雷器上的殘壓,以控制感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上升的幅值。目前已經(jīng)有兩用避雷器,可將雷電流泄入大地,又兼顧絕緣立瓶支撐導(dǎo)線的作用,使全線路得到保護(hù),提高了運(yùn)行的可靠性。

3 預(yù)防試驗(yàn)

避雷器在線路上長(zhǎng)期運(yùn)行,因封閉失效受潮,絕緣電阻下降;避雷器在雷雨天經(jīng)常動(dòng)作,失去阻值自恢復(fù)功能,導(dǎo)致剩余電流過大,長(zhǎng)期發(fā)熱。這些問題都易引起避雷器發(fā)生爆炸。因此,按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,需對(duì)避雷器進(jìn)行周期預(yù)防性試驗(yàn),電壓等級(jí)在35 kV及以下,所測(cè)得的電阻值不低于1 000 mΩ,讀數(shù)偏低或?yàn)?,說(shuō)明ZnO電阻片已經(jīng)不能恢復(fù)到高阻值狀態(tài),閥門無(wú)法關(guān)閉,將導(dǎo)致泄漏電流過大,甚至造成單相接地等故障,與其相反阻值為無(wú)窮大,說(shuō)明電阻片處在斷路狀態(tài),閥門無(wú)法打開,避雷器失去應(yīng)有的作用?？紤]到避雷器泄放過雷電流,在電阻片之間產(chǎn)生過高溫,易形成極間電容及老化狀態(tài)等問題,需要對(duì)避雷器進(jìn)行直流試驗(yàn),即直流1 mA下電壓及75%電壓下泄露電流ILd的測(cè)量。避雷器伏安特性曲線如圖4所示。

圖4 避雷器伏安特性曲線

4 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1292—2013,分析了10 kV線路避雷器保護(hù)范圍及預(yù)防性試驗(yàn)。通過對(duì)雷害密集區(qū)的3條10 kV線路實(shí)施逐相逐級(jí)安裝避雷器,消除了架空絕緣導(dǎo)線斷線事故,降低了因雷害發(fā)生單相接地及跳閘事故,大幅提高了供電可靠性和安全性。

[1] 配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線防護(hù)導(dǎo)則:DL/T 1292—2013[S].

[2] 丁榮.城市配電線路絕緣化和防雷措施[J].現(xiàn)代電力,2000,17(2):55-61.

[3] 李天林.消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用[J].云南電力技術(shù),2002,30(4):57-58.

[4] 李凡,施圍.線路避雷器的絕緣配合[J].高電壓技術(shù),2005,31(8):18-2.

[5] 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn):DL/T 596—1996[S].

Protection Scope and Preventive Test of 10 kV Line Surge Arrester

PAN Yingji1, ZHOU Heping2

(1.Jilin Power Supply Company, State Grid, Jilin 132001, China; 2.Jilin Electric Power Equipment Installation Co., Ltd., Jilin 132011, China)

This paper analyzed the lightning accidents of 10 kV overhead line,and discussed the effective operation range of surge arrester.The preventive test of surge arrester was carried out.It is pointed out that combined by the national electric power industry standard DL/T 1292—2013,the surge arrester should be installed along the line tower,and the residual voltage on surge arrester should be reduced,which eliminates the blind spot protection and insures the safe operation of 10 kV overhead line.

10 kV line; lightning accident analysis; protective measures; preventive test

潘英吉(1979—),男,高級(jí)工程師,從事自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制、太陽(yáng)能發(fā)電和繼電保護(hù)等工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)11-0029-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.11.008

2016-10-08

周和平(1954—),男,高級(jí)工程師,從事系統(tǒng)過電壓、避雷器、電能計(jì)量研發(fā)等工作。