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        35 kV 架空線系統(tǒng)防雷安全保障措施研究

        2023-11-29 05:13:54
        設備管理與維修 2023年20期
        關鍵詞:礦山系統(tǒng)

        雷 爽

        (中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司,廣西百色 531499)

        0 引言

        電力能源是社會生產(chǎn)及發(fā)展的基礎,而架空線系統(tǒng)則是電力系統(tǒng)的核心部分,架空線系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性不僅影響會電力系統(tǒng)運行、社會電力能源供給,在很大程度上還會影響我國電力產(chǎn)業(yè)及社會經(jīng)濟發(fā)展,因此必須不斷優(yōu)化、完善架空線系統(tǒng)。在實際運行中,架空線系統(tǒng)依然存在很多防雷方面的問題,不及時解決則會引發(fā)更為嚴重的架空線系統(tǒng)故障,阻礙電力產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

        35 kV 架空線系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運行及供電的關鍵,很多地區(qū)的電力供應站或供電中心也積極構建了35 kV 架空線系統(tǒng),以提高電力電源供應量、供電穩(wěn)定性及安全性。在各種先進技術的支持下,35 kV 架空線系統(tǒng)已經(jīng)得到了優(yōu)化、升級及完善,但在實際運行中依然會出現(xiàn)絕緣子及塔桿存在安全隱患、避雷器電壓分布不均勻、避雷器檢修工作不到位、接地裝置短路故障等防雷方面的問題,在不同程度上影響系統(tǒng)的防雷功能,甚至還會引發(fā)更為嚴重的線路故障及安全事故[1]。所以,相關工作人員不僅要重視架空線系統(tǒng)的構建及優(yōu)化,還需要結合實際制定和實施有效的防雷安全保障措施,以強化系統(tǒng)的防雷能力,從而提高35 kV 架空線系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性。

        1 項目背景

        以中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司(以下簡稱“公司”)構建的35 kV 架空線系統(tǒng)為例,該架空線系統(tǒng)共有6 條,總長83 km,途經(jīng)廣西平果市7 個鄉(xiāng)鎮(zhèn),且該地區(qū)地貌主要以卡斯特山區(qū)為主,土壤富含氧化鋁泥土礦,存在多個雷電活動頻繁區(qū),這意味著下雨天架空線很容易遭到雷擊。但在構建35 kV 架空線系統(tǒng)時,公司只采用了傳統(tǒng)的拉閘避雷方式,并沒有從線路設計、附近礦山生產(chǎn)等方面綜合考慮、分析和制定完善的防雷安全保障措施。該礦山主要是開采氧化鋁泥土礦,經(jīng)過二期和三期的升級改造,氧化鋁的產(chǎn)能從80 萬噸增加至250 萬噸,礦山的產(chǎn)礦量已經(jīng)成為影響到氧化鋁產(chǎn)量的一個重要指標,所以礦山生產(chǎn)能否連續(xù)穩(wěn)定直接影響氧化鋁的生產(chǎn)。作為礦山生產(chǎn)的動力供給線路,305#、306#線路能否安全穩(wěn)定也就顯得非常重要。但近幾年來305#、306#線路經(jīng)常出現(xiàn)受雷擊跳閘的現(xiàn)象,再加上線路已投運多年,線路桿塔絕緣瓷瓶存在個別擊穿放電現(xiàn)象、防振錘銹斷脫離、避雷線嚴重銹蝕及防雷接地電阻不合格等現(xiàn)象。2018—2020 年,305#、306#線路因雷擊跳閘13 次,嚴重影響公司生產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定,所以加強35 kV 架空線系統(tǒng)防雷安全保障十分重要。

        2 35 kV 架空線系統(tǒng)防雷安全保障措施

        2.1 安裝雷擊在線監(jiān)測裝置

        可將雷擊在線監(jiān)測裝置安裝在35 kV 礦山線桿塔上,以實現(xiàn)對架空線路的實時監(jiān)測,并在第一時間掌握架空線路遭受雷擊的數(shù)據(jù),然后結合近些年架空線路雷擊跳閘事故的資料,重點排查活躍區(qū)桿塔線路[2]。例如,礦山305#線路52#~68#桿,礦山三期的12#~26#以及3 個礦區(qū)的線路末端,如果發(fā)現(xiàn)擊穿放電、防震錘銹斷脫離、避雷線嚴重銹蝕、接地電阻不合格等現(xiàn),則更換超期服役或損壞的設備[2],必要時可直接則立即增設絕緣子、避雷線、線路型避雷器。此外,還需要分析雷擊跳閘事故波形,然后根據(jù)工頻過電壓、操作過電壓、雷擊過電壓等確定雷電活躍區(qū)35 kV 桿塔的絕緣子片數(shù),以增強輸電線路絕緣。

        (1)基于工頻電壓,可以利用式(1)計算絕緣子數(shù)量n:

        式中 n——海拔1000 m 以下每聯(lián)絕緣子片數(shù)

        λ——為爬電比距離,cm/kV

        Um——系統(tǒng)最高工作電壓或額定電壓,kV

        Lot——單片懸吊式絕緣子的幾何爬電距離,cm

        Ke——絕緣子爬電距離的有效系數(shù)

        (2)基于操作過電壓及雷電過電壓,可以利用式(2)計算絕緣子串片數(shù)量:

        式中 n——塔高、結構高度修正后絕緣子片數(shù)

        n0——計算基礎

        L0——單片絕緣子的結構高度,mm

        h——塔高,m

        L——實際使用的絕緣子的結構高度,mm

        2.2 加強接地電阻測量

        需要對公司所屬的全部35 kV 架空線桿塔等進行接地電阻測量,對接地電阻不合格的桿塔,從土壤電阻率、地形、地質條件、勘察設計、施工、運行維護全方面分析,制定整改措施。具體如下:

        (1)對每基桿塔附近的地形、桿塔四周的土壤電阻率等進行勘察測量。

        (2)根據(jù)線路地段雷電活動規(guī)律確定防雷措施、桿塔接地電阻要求。

        (3)調查線路桿塔所在地體的腐蝕及酸堿度。

        (4)計算線路最大運行方式下的接地短路電流、線路使用壽命,并制定切合實際的降阻措施(如水平外延接地、深埋式接地極)[2-3]。

        2.3 充分利用避雷器防雷及電壓監(jiān)測系統(tǒng)處理重大隱患

        以1#氧化鋁303#線和1#礦山305#線為例,后者的B 相接地與前者的A 相接地,形成異地A、B 兩相接地,305#線電流超過速斷定值、速斷跳閘。通過故障錄波計算303#線峰值電流大約2880 A,轉換為有效值1662 A,未達到跳閘電流值[3]。其中,303#開關過流定值為1536 A、1.7 s,速斷定值為4400 A、0.2 s,運行電流為550 A 左右。

        查看避雷器防雷監(jiān)測系統(tǒng)歷史記錄,1#礦山305#線62#桿B 相8:21 顯示遭受雷擊,礦山三期線11#B、C 相8:22 顯示遭受雷擊。說明此時間段礦山線出現(xiàn)雷電,導致兩條線路存在異地短路的重大隱患。可借助避雷器防雷監(jiān)測系統(tǒng)、全電壓監(jiān)測系統(tǒng)快速找到異地短路的位置,然后結合故障錄波系統(tǒng)分析并處理了異地短路的重大隱患。

        此外,架空線和樹木安全距離不足,不僅會引起單相接地、兩相或三相短路等故障,還會增加架空線遭受雷擊的概率。因此,可以利用避雷器防雷監(jiān)測系統(tǒng)及全電壓監(jiān)測錄波系統(tǒng)檢查雷雨天氣時架空線路的是否正常運行,一旦出現(xiàn)異常則應立即進行處理,提高架空線路的防雷能力。

        2.4 建立架空線信息化數(shù)據(jù)庫

        信息化數(shù)據(jù)庫不僅能實時監(jiān)測各種架空線路防雷技術狀況,還能結合互聯(lián)網(wǎng)和質量統(tǒng)計工具等實時跟蹤35 kV 架空線路、防雷設備設施等。最后,利用GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))技術定位可能發(fā)生雷擊事件的位置,并快速建立檢修作戰(zhàn)室網(wǎng)站,制定和實施有效的防雷安全保障措施,減少因為雷擊導致的故障處理時間。

        2.5 制定完善的巡視標準,搭建電力巡檢平臺

        可根據(jù)《110(66)kV~500 kV 架空輸電線路運行規(guī)范》《電力設施保護條例實施細則》等制定巡視標準。為提升巡檢質量和效率,還需要利用互聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術及云計算技術等搭建電力巡檢Web 無人機調度平臺,并完善相應的無人機巡檢流程及制度,以規(guī)范無人機巡檢,從而快速且規(guī)范地識別出架空線缺陷。巡視內(nèi)容包括線路防護區(qū)、標接地裝置、桿塔本體、橫擔及金具、設備標志、絕緣子等,巡視準見表1。

        表1 巡視內(nèi)容及標準

        2.6 其他措施

        (1)不斷提高35 kV 架空線路絕緣水平,如在雷電活動強烈區(qū)域增設絕緣子、定期檢查線路和更換絕緣子類等。

        (2)架設耦合地線,即在導線下方設置一定長度的地線。

        (3)減小保護角。可根據(jù)實際情況改造架空輸電線路保護角,必要時需要新建架空輸電線路、改造桿塔結構。

        (4)優(yōu)化避雷針設計。要重視并根據(jù)現(xiàn)有避雷針的不足及問題不斷優(yōu)化避雷針,必要時可聘請更高水平專家重新優(yōu)化設計避雷針。

        (5)積極引進各種先進的避雷設備,如引進氧化鋅避雷器(具有絕緣自恢復能力強的應用優(yōu)勢)及跌落式間隙保護器(具有不受工頻電壓影響、使用壽命長及安裝方便等應用優(yōu)勢)等先進避雷設備。

        3 結束語

        加快電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展能提高我國社會經(jīng)濟水平及社會生產(chǎn)力,而完善的電力系統(tǒng)則是推動電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵,所以35 kV架空線系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的核心組成部分,對社會經(jīng)濟及生產(chǎn)力發(fā)展有很大影響,因此必須不斷完善和優(yōu)化35 kV 架空線系統(tǒng)。在35 kV 架空線系統(tǒng)實際運行過程中依然存在很多問題,其中防雷問題最為突出,給系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性造成不利影響,所以為促進電力產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展必須解決現(xiàn)有的35 kV 架空線系統(tǒng)防雷問題。

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