林清華
摘要:本文對陽江地區(qū)配電線路現(xiàn)有防雷措施技術進行分析,提出配電線路差異化防雷性能治理策略,基于雷電定位系統(tǒng)(GIS)長期監(jiān)測數(shù)據(jù),統(tǒng)計分析配電線路全線走廊雷電分布規(guī)律,結合線路特征參數(shù)等,制定多套具有不同特點防雷改造方案,依據(jù)改造目標和管理要求,確定出最佳改造方案,提高了決策效率,有效保證配電設備安全運行水平。
關鍵詞:配電網(wǎng);差異化防雷;避雷器;避雷線
引言
配電網(wǎng)絕緣水平低,雷害事故發(fā)生頻繁,對配電網(wǎng)的影響較大,隨著人們對電力系統(tǒng)供電可靠性越來越高的要求,對電力系統(tǒng)防雷保護的重視程度也越來越高,更多的新技術與材料也越來越廣泛的應用于電力系統(tǒng)。
經(jīng)過多年摸索,配電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規(guī)防雷措施。總結各種方法可歸為“堵塞”和“疏導”兩種。
“堵塞”即為盡量增強線路的絕緣水平,從而減少雷擊閃絡次數(shù),降低工頻續(xù)流的建弧率[1]?!岸氯健狈览状胧┛商岣呔€路的耐雷水平,減小雷擊跳閘率[2]。日本常見的避雷器為限流消弧角,也名為帶串聯(lián)環(huán)形外間隙金屬氧化物避雷器,其原理為增長閃絡路徑,進而提高絕緣子兩側的絕緣水平,由此降低工頻電弧的建弧率。這類方法效果明顯,缺點是成本髙、施工難度高[3]。
“疏導”即為線路產(chǎn)生雷擊閃絡時,盡快疏導落雷閃絡后的工頻電弧弧根,從而避免導線燒壞[13]。在芬蘭,采用閃絡保護型線夾,此法是剝離絕緣子串與導線連接點處的絕緣層,再進行加裝防護線夾以加固,相似的方法也應用在瑞典和美國;本應用放電箱位瓷絕緣子,替代閃絡保護型線夾,加強導線絕緣層被剝離處的絕緣水平。這類方法操作較“堵塞”法容易,投資少;但導線局部裸露在外,雷雨天氣時,存在著絕緣和密封上的缺陷。
本文根據(jù)配電線路走廊雷電活動、地形地貌、線路結構和絕緣配置、防雷計算方法、防雷措施等差異性,提出配電線路差異化防雷性能治理策略,基于雷電定位系統(tǒng)(GIS)長期監(jiān)測數(shù)據(jù),統(tǒng)計分析配電線路全線走廊雷電分布規(guī)律,結合線路特征參數(shù)等,選擇合適的防雷計算分析方法,對桿塔進行防雷性能評估,確定桿塔防雷安全等級及其決定因素;依據(jù)現(xiàn)有防雷措施技術特點,采取針對性防護措施配置,制定多套具有不同特點防雷改造方案,并進行技術經(jīng)濟性評價,依據(jù)改造目標和管理要求,確定出最佳改造方案,最終形成配電線路防雷治理策略,提高了決策效率,對電網(wǎng)安全運行意義重大。
1 現(xiàn)有防雷技術分析
綜合經(jīng)濟、技術方面比較,我國多釆用“疏導式”防護措施。國內(nèi)已開發(fā)研制了多種防止絕緣導線雷擊斷線的產(chǎn)品。目前釆用的防雷措施主要有:架設避雷線,降低接地電阻,提高絕緣水平,加裝耦合地線,安裝線路避雷器,安裝并聯(lián)間隙,安裝自動重合閘裝置等。
1.1架空避雷線
在空曠地區(qū)對線路架設避雷線能有效地降低線路雷電感應電壓幅值,減少雷擊跳閘率[4]。對配電架空線進行屏蔽和保護的常用方法之一是架設同桿架空避雷線,從而大大降低感應過電壓的幅值,其屏蔽作用可將感應過電壓降低至原電壓值的1/(1-k),其中:k為避雷線與絕緣架空線間的稱合系數(shù)與沖擊系數(shù)之積。計算顯示,當導線距離地面高度11米,三相導線間的線距為0.7米,落雷點與導線間的垂直距離為50米,雷電流幅值為100kA,雷電流波頭時間2μs,波尾時間在未架設避雷線時49μs,感應過電壓幅值可達550kV,而架設避雷線后其幅值可降至330kV,感應過電壓降低了40%。
由此可知架空地線能夠有效地防止雷電直接落在架空線上,起到了較明顯的屏蔽作用。這種方法在實際應用中一向取得了較好的效果,再加其免維護翠是受到電力系統(tǒng)的歡迎。然而,從實際工程的成本考慮,在多種防雷措施里,架設避雷線的投資幾乎最高,約為8000元/km,除此之外,雖能有效屏蔽直擊雷,卻難避免繞擊雷的發(fā)生,因此常形成線路反擊,還是會引發(fā)工頻續(xù)流進而燒斷導線[5]。且對于較老的線路,由于塔型的限制使得安裝工作較為困難;而大規(guī)模的改造老式桿塔,無疑又大大增加了施工的成本和工作量。
1.2提高線路絕緣水平
提高絕緣子50%放電電壓,即可通過增大電弧爬距的方式提高線路絕緣水平,可使雷電引發(fā)的工頻續(xù)流因爬距大而無法建弧,此方法能較明顯的降低雷擊跳鬧率。這種加強絕緣導線局部絕緣強度的方式也可以明顯的達到提高線路耐雷水平的效果,同時又降低了工程的造價,具體方法為加厚絕緣導線固定處的絕緣,如圖所示,放電發(fā)生時,絕緣的擊穿將全部發(fā)生在絕緣邊沿處的導線,此邊沿絕緣水平較高,因此線路的沖擊放電電壓可通過沿面閃絡得到提高,是一種效果較好的防雷措施[6]。
此外,直線桿原有的鐵橫擔以及耐張桿原有的懸式瓷瓶還能分別被玻璃鋼絕緣橫擔和鋼化玻璃絕緣子替代,同樣可以起到增強線路絕緣的效果。玻璃鋼溶絲橫擔的絕緣水平高及機械強度好是其優(yōu)勢所在,若用玻璃鋼溶絲橫擔代替鐵橫擔,那么閃絡路徑將大大增長,可明顯提高線路的絕緣水平,進而可以大大降低建弧率,進一步防止雷擊斷線的發(fā)生該方法可有效地提高線路絕緣水平,降低雷擊斷線率。此措施的缺點在于,絕緣子更換的工程投資較大,加強局部絕緣的施工較為困難,施工要求比較高。
1.3加裝線路避雷器
線路避雷器是在線路桿塔上安裝避雷器裝置,將其與線路絕緣子串并聯(lián),提高安裝處線路的繞擊和反擊耐雷水平,并有效保護絕緣子不閃絡,降低雷擊跳閘率。避雷器提高耐雷水平原理是:線路安裝避雷器后,當雷電繞擊線路,絕緣子串兩端產(chǎn)生過電壓超過避雷器動作電壓時,避雷器動作,利用閥片的非線性伏安特性,限制避雷器殘壓低于線路絕緣子串的閃絡電壓。雷電流經(jīng)過避雷器泄放后,通過避雷器的工頻電流很低,工頻電弧在第一次過零時熄滅,線路兩端斷路器不會跳閘,系統(tǒng)恢復正常狀態(tài)。近年來,我國開始將線路避雷器使用在配電線路絕緣的薄弱點,如特別高的桿塔和終端桿處。實際運行表明,線路避雷器可以有效的限制住雷電流產(chǎn)生的過電壓,保護線路不發(fā)生跳閘故障,但它價格貴,普遍推廣使用有難度,在線路加強絕緣后,從節(jié)約技改花費的角度,只能在雷電活動劇烈地區(qū)的線路易擊點、易擊段、易擊相或重點保護的線路段。
1.4降低桿塔接地電阻
降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平,減少線路雷擊跳閘率的主要措施。降低桿塔接地電阻是通過降低桿塔的沖擊接地電阻來提高輸電線路反擊耐雷水平的一種防雷技術。降低桿塔接地電阻來降低輸電線路雷擊跳閘率的原理是:當桿塔接地電阻降低時,雷擊塔頂時,塔頂電位升高的程度降低,絕緣子所承受的過電壓程度也降低,從而使線路的反擊耐雷水平提高,從而有效的降低線路的雷擊跳閘率。降低桿塔接地電阻的方法主要分物理降阻和化學降阻:物理降阻包括延長接地體、深埋接地體、使用符合接地體等;化學降阻主要是指在接地體周圍敷設降阻劑,通過降低土壤電阻率來達到降低接地電阻的目的。
1.5架設耦合地線
架設耦合地線是指在雷害事故多發(fā)地區(qū),在導線下方加設一條接地線,以提高線路的反擊耐雷水平,降低反擊跳閘率。架設耦合地線提高線路反擊耐雷水平的原理是:耦合地線可以增加分流作用,可以使雷電流易于通過鄰近桿塔的接地散流,從而降低塔頂電位。架設耦合地線根據(jù)架設的位置不同分兩類:直掛耦合地線,直接增設在線路導線下方的耦合地線;側面耦合地線,平行架設在線路兩側的耦合地線。
1.6并聯(lián)間隙防雷
對于一些特殊地理位置的配電線路,如沿海,山區(qū),丘陵地區(qū),地形地勢復雜,雷電活動頻繁,常規(guī)防雷方法往往達不到預期的防雷效果,因此進一步研究適合特殊地理環(huán)境的防雷措施還是很有必要的。并聯(lián)間隙防雷是和傳統(tǒng)的防雷保護方式不同的一種“疏導型”的防雷保護方式。采用間隙裝置與絕緣子串并聯(lián),接閃雷電,疏導工頻電弧,雖有雷擊閃絡,但無永久性故障,重合閘能夠成功動作,從而有效地防止絕緣子損壞,避免雷擊事故發(fā)生。
并聯(lián)間隙裝置的作用機理是:在絕緣子串兩端并聯(lián)一對金屬電極(又稱招弧角/引弧角),構成保護間隙,如圖1所示。當架空線路遭受雷擊時,并聯(lián)間隙因沖擊放電電壓低于絕緣子串的放電電壓,故首先放電,隨后產(chǎn)生工頻短路電弧。短路電弧在電動力和熱浮力的作用下,向遠離絕緣子串的方向運動,最后穩(wěn)定在并聯(lián)間隙端部進行燃燒,直至跳閘熄滅。由于電弧被拉向遠離絕緣子串的方向,從而避免了其對絕緣子串的灼燒,有效地保護了絕緣子串不受損傷。
2 差異化防雷研究思路
針對陽江地區(qū)沿海、山區(qū)、丘陵地貌的實際情況,為了提高陽江電網(wǎng)雷電防護整體水平,提高供電可靠性,應用現(xiàn)有的陽江地區(qū)雷電活動分布特征研究成果,進一步研究配網(wǎng)設備的防雷技術措施。2.1 開展10kA避雷器應用研究
基于ATP軟件的Pinceti模型建立避雷器仿真等效模型,并采用多指數(shù)函數(shù)擬合法對避雷器閥片非線性進行計算。建立不同的避雷器配置方案,對不同配置方案下的線路耐雷性能分析比較,并選出最優(yōu)的10kV避雷器配置方案。開展避雷器選型的分析,對選擇的最佳配置方案論證。
2.2開展配網(wǎng)加裝避雷線及桿塔改造應用研究
首先,建立輸電線路感應雷計算模型,包括:雷擊時空間電磁耦合的計算模型、考慮入地電流頻變特性的感應電壓計算模型、考慮全回路參數(shù)頻變特性的計算模型等。其次,建立輸電線路桿塔多阻抗模型,對桿塔接地電阻的降低進行分析研究,計算導線、避雷線擊距和地面擊距,分析研究如何進行避雷線的選擇及架設。最后,確定避雷線選擇及桿塔改造方案。
2.3編制配網(wǎng)差異化防雷技術方案
綜合現(xiàn)有防雷措施,考慮陽江市實際地形地貌因素,并以最新的避雷器配置、避雷線選擇及桿塔改造方案為基礎,編制配電網(wǎng)差異化防雷技術方案。
3 結論
通過依托現(xiàn)有的防雷措施,根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的特點研究的的配網(wǎng)差異化防雷技術方案,其將各防雷技術進行整合,對提高配電網(wǎng)的可靠性、用電可靠性具有重要意義,對雷電多發(fā)地區(qū)電網(wǎng)的安全運行起到了至關重要的作用。
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