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        10kV架空絕緣線路雷擊斷線機(jī)理分析及預(yù)防措施

        2021-12-04 19:24:46劉紹紀(jì)
        機(jī)電信息 2021年27期
        關(guān)鍵詞:預(yù)防配電網(wǎng)

        摘要:配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中常常遭受雷擊導(dǎo)致10 kV架空絕緣線路斷線故障的發(fā)生。通過(guò)對(duì)10 kV架空絕緣線路遭受雷擊而斷線的機(jī)理進(jìn)行分析,得出導(dǎo)致事故的關(guān)鍵因素,從而提出架設(shè)地線、使用防雷型絕緣子及過(guò)電壓保護(hù)器、降低桿塔電阻等預(yù)防性技術(shù)措施。同時(shí),從管理角度出發(fā),提出了把好設(shè)計(jì)入口關(guān)、做好防雷設(shè)施維護(hù)、進(jìn)行防雷措施可行性評(píng)估等建議。

        關(guān)鍵詞:配電網(wǎng);架空絕緣線路;雷擊斷線;預(yù)防

        0 引言

        在當(dāng)前的10 kV配電線路建設(shè)中,采用架空絕緣線路是較為常見(jiàn)的做法,相比于裸導(dǎo)體線路,絕緣線路有明顯的優(yōu)勢(shì):(1)由于表面比裸導(dǎo)線多一層絕緣層,其絕緣能力更為優(yōu)越,降低了線路導(dǎo)體引雷的概率;(2)強(qiáng)風(fēng)引起的導(dǎo)線瞬間碰撞不會(huì)造成短路,提高了線路的抗風(fēng)能力,使線路跳閘率明顯降低,減少了交叉線路互相影響的風(fēng)險(xiǎn);(3)克服了架空線路與走廊內(nèi)樹(shù)木間的矛盾,使樹(shù)障不再對(duì)線路運(yùn)行產(chǎn)生威脅,減少了清苗伐木工作量。

        雖然架空絕緣線路的優(yōu)勢(shì)明顯,但在運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn),其雷擊斷線率明顯高于架空裸導(dǎo)體導(dǎo)線。按照某供電局統(tǒng)計(jì),雖然絕緣線路遭受雷擊故障數(shù)較少,但幾乎每次雷擊均會(huì)導(dǎo)致斷線問(wèn)題。如果按線路平均修復(fù)時(shí)間為5 h、線路桿距為50 m計(jì)算,每條次線路斷線需搶修故障的人力、材料費(fèi)用約15萬(wàn)元。因此,開(kāi)展架空絕緣線路雷擊斷線的機(jī)理分析并提出相應(yīng)的防雷措施是十分必要的。

        1 10 kV架空絕緣線路雷擊斷線機(jī)理

        架空絕緣導(dǎo)線的雷擊耐受特性與架空裸導(dǎo)線的物理特性明顯不同。對(duì)架空裸導(dǎo)線,直擊雷或感應(yīng)雷作用引起的閃絡(luò)會(huì)造成工頻短路電流,電流行波沿著導(dǎo)線移動(dòng),一方面在移動(dòng)的過(guò)程中釋放部分能量,另一方面使遠(yuǎn)方的保護(hù)迅速感知到故障存在,因此在短路電流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前,斷路器即可動(dòng)作跳閘切斷短路電流。

        而對(duì)于架空絕緣導(dǎo)線,雷擊過(guò)電壓會(huì)在絕緣外層的薄弱點(diǎn)處形成擊穿點(diǎn),擊穿點(diǎn)在10 kV恒壓作用下形成工頻短路電流。由于絕緣層阻礙了電弧在其表面滑移,短路電弧被固定至擊穿孔位置產(chǎn)生幾千攝氏度的高溫,此溫度遠(yuǎn)高于鋁質(zhì)導(dǎo)線的熔點(diǎn),因此在導(dǎo)線兩端的拉力作用下,熔化的導(dǎo)線受力形成斷口。典型的雷擊燒蝕后拉斷斷口如圖1所示[1]。

        2 防止雷擊斷線的技術(shù)措施

        從上述雷擊斷線機(jī)理可知,可從幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)著力防止雷擊造成架空絕緣線路斷線:(1)進(jìn)一步降低線路遭受雷擊的概率;(2)加強(qiáng)絕緣薄弱點(diǎn);(3)減少工頻短路電流存在的時(shí)間。以此為指導(dǎo),可采取若干具體措施。

        2.1? ? 架設(shè)避雷線或耦合地線

        避雷線和耦合地線是最常用的避雷設(shè)備,其中避雷線在上相導(dǎo)線1.5 m以上的部位安裝,耦合地線則在下相導(dǎo)線1.5 m以下的部位安裝,兩者均可采用GJ-25型鋼絞線。通過(guò)對(duì)線路雷擊跳閘率進(jìn)行分析可知:(1)架設(shè)避雷線的防雷效果優(yōu)于耦合地線,耦合地線幾乎不會(huì)對(duì)直擊雷跳閘產(chǎn)生影響;(2)兩者都能夠有效降低后續(xù)雷擊引發(fā)的跳閘率。

        避雷線的安裝需要結(jié)合線路的實(shí)際情況,考慮周邊地質(zhì)情況、避雷線安裝角度等,以降低雷電繞擊線路的概率。相比于不合理的架設(shè)方式,合理架設(shè)的避雷線起到的防雷能力可大幅提升,且能更好地將直擊雷導(dǎo)入大地。

        2.2? ? 合理使用防雷型絕緣子

        相對(duì)于普通絕緣子,防雷型絕緣子增加了左、右兩個(gè)電極,一個(gè)電極位于導(dǎo)線端,是高電位;另一個(gè)電極位于桿塔端,是低電位,兩電極之間形成一個(gè)間隙作為雷擊閃絡(luò)通道和電弧放電通道[2]。懸式防雷絕緣子外形及安裝圖如圖2所示。

        當(dāng)線路受到直擊雷擊或者感應(yīng)雷擊時(shí),由于空氣空隙的伏秒特性曲線在絕緣子伏秒性質(zhì)曲線以下,絕緣子左、右兩端電極提供的空間間隙能夠在絕緣子閃絡(luò)之前先動(dòng)作放電,從而建立雷電閃絡(luò)通道;在此通道上建立起來(lái)的工頻電弧短路電流,其弧根只能固定在通道兩端的高、低壓電極上,而不會(huì)流竄到導(dǎo)線,從而避免燒斷導(dǎo)線。

        2.3? ? 安裝過(guò)電壓保護(hù)器

        過(guò)電壓保護(hù)器如圖3所示,由非線性電阻限流元件(氧化鋅閥片)及放電間隙(不銹鋼引流環(huán))串聯(lián)而成。當(dāng)雷擊或其他誘因造成線路過(guò)電壓,引發(fā)閃絡(luò)形成工頻短路電流通道時(shí),不銹鋼引流環(huán)可將短路電流引向非線性電阻限流元件。限流元件則利用本身的非線性特性,將正弦波形的短路電流限制成尖頂波,同時(shí)削減放電電壓至設(shè)定的殘壓水平[3]。

        相比于正弦波,尖頂波電流的特點(diǎn)是過(guò)零前的一段時(shí)間內(nèi)電流幅值較小,再加上放電電壓降低,電弧在過(guò)零時(shí)可瞬間熄滅,從而避免短路電流長(zhǎng)期存在導(dǎo)致導(dǎo)線熔斷。

        2.4? ? 降低桿塔接地電阻

        當(dāng)雷擊線路桿頂或地線時(shí),雷電流將通過(guò)桿塔接地裝置導(dǎo)泄入地,此時(shí)如果接地裝置合理可靠,則接地電阻較小,桿塔頂部的電位就較低,能減小雷擊過(guò)電壓對(duì)線路運(yùn)行的威脅。反之,如果接地裝置運(yùn)行不良,導(dǎo)致桿塔的接地電阻偏高,遭遇雷擊時(shí),桿塔頂部出現(xiàn)高電位,將產(chǎn)生較高的反擊電壓,從而引起線路的絕緣閃絡(luò),造成雷擊事故。

        3 防止雷擊斷線的管理措施

        3.1? ? 把好設(shè)計(jì)入口關(guān)

        設(shè)計(jì)是防雷工作的關(guān)鍵。以桿塔接地電阻為例,接地裝置設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理,將直接影響接地電阻的實(shí)際水平與運(yùn)維難度。為此,對(duì)勘察設(shè)計(jì)人員應(yīng)提出以下要求:(1)開(kāi)展實(shí)地勘察,對(duì)桿塔位置周邊的地理特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)記錄,以此為基礎(chǔ)開(kāi)展設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)圖實(shí)相符;(2)對(duì)土壤電導(dǎo)率等參數(shù)應(yīng)開(kāi)展實(shí)際測(cè)量,不可僅憑地形圖和查閱地質(zhì)資料估計(jì),測(cè)量時(shí)應(yīng)注意使用標(biāo)準(zhǔn)方法,防止測(cè)量結(jié)果失真導(dǎo)致設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)錯(cuò)誤;(3)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及測(cè)量結(jié)果開(kāi)展設(shè)計(jì),避免生搬硬套舊工程圖紙或典型設(shè)計(jì)。

        3.2? ? 做好防雷設(shè)施維護(hù)

        配電線路運(yùn)維人員應(yīng)按照供電企業(yè)的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)線路范圍內(nèi)的防雷設(shè)施進(jìn)行定時(shí)巡視及維護(hù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷和隱患并安排處理。與此同時(shí),需要加強(qiáng)一線運(yùn)維人員的能力培訓(xùn)及考核,提高技術(shù)水平,防止發(fā)生巡維不到位的情況。

        技術(shù)管理部門要合理安排配電線路檢修周期,按時(shí)完成防雷設(shè)施的預(yù)防性試驗(yàn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣、耐壓等性能異常的防雷設(shè)施,并做好備品備件管理,保證損壞的設(shè)施可迅速更換。

        3.3? ? 科學(xué)評(píng)估防雷措施可行性

        判斷防雷措施是否可行需考慮多種因素,除了考慮防雷措施的效果和費(fèi)用,還需要計(jì)及擬采取的防雷措施對(duì)系統(tǒng)的影響、維護(hù)是否方便等因素。對(duì)此類多目標(biāo)、多層次,難以完全用定量方法進(jìn)行決策的系統(tǒng)工程問(wèn)題,可考慮用層次法等決策方法予以評(píng)估[4],對(duì)各種措施進(jìn)行綜合評(píng)估和計(jì)算,得到線路的最佳防雷措施。

        4 結(jié)語(yǔ)

        做好架空絕緣線路的防雷擊斷線工作需要技術(shù)和管理兩方面形成合力,兩者齊抓共管,就能有效降低線路雷擊的影響,從而保證配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,更好地為終端用戶提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 周剛,林德源,韓紀(jì)層,等.沿海及強(qiáng)臺(tái)風(fēng)環(huán)境下10 kV配網(wǎng)架空絕緣導(dǎo)線的失效機(jī)理分析[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2019,31(6):643-649.

        [2] 王沁.懸式絕緣子在10 kV線路防雷擊斷線措施中的應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2017(6):76-79.

        [3] 趙偉,郭燕國(guó).后續(xù)雷擊對(duì)10 kV配電線路耐雷性能產(chǎn)生的具體影響及其防雷措施分析[J].工業(yè)A,2016(1):166.

        [4] 劉剛,馬浩禹,張弦.改進(jìn)層次分析法在配網(wǎng)線路防雷評(píng)估中的應(yīng)用[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,44(4):71-76.

        收稿日期:2021-08-16

        作者簡(jiǎn)介:劉紹紀(jì)(1976—),男,廣東英德人,電氣助理工程師,研究方向:配電網(wǎng)運(yùn)維。

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