鄭為湊 林 福 葉鑫杰 王 濤 鄭 燁

(國網(wǎng)寧德供電公司) *1

0 引言

輸電線路上的兩種大氣過電壓, 直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓, 兩種過電壓形成反擊和繞擊, 從而導(dǎo)致線路引起閃絡(luò)雷擊跳閘。35kV 輸電線路是電網(wǎng)中的重要組成部分, 仍是部分縣公司的主干網(wǎng)和“生命線”, 在運(yùn)行過程中受周邊復(fù)雜環(huán)境與惡劣氣候的影響容易出現(xiàn)各種故障, 進(jìn)而影響線路的正常運(yùn)行, 部分35kV 線路跳閘后可能引起35kV 變電站全站失壓,進(jìn)一步擴(kuò)大了停電范圍。而35kV 線路一般反擊耐雷水平為20 -30kA, 耐雷水平較低, 極易在強(qiáng)對(duì)流天氣下發(fā)生大面積雷擊跳閘, 影響供電可靠性。根據(jù)某省電網(wǎng)2018—2021 年間故障統(tǒng)計(jì), 累計(jì)發(fā)生35kV 電網(wǎng)異常2248 起, 其中斷線故障219 起, 占比9.7%,雷擊斷線占比達(dá)70.6%。斷線故障由于發(fā)生頻次較低, 但一旦發(fā)生斷線情況, 因保護(hù)裝置特性, 單相接地后仍可持續(xù)運(yùn)行2h, 對(duì)人身和設(shè)備均有極大隱患。對(duì)用戶供電可靠性和電壓質(zhì)量的影響不容忽視, 對(duì)生產(chǎn)、生活用電和人民的生命安全影響很大, 且被歸類為電網(wǎng)企業(yè)惡性事故[1], 而斷線事故中以雷擊斷線事故占比最大, 所以采取有效的防雷擊斷線措施至關(guān)重要。

1 現(xiàn)有技術(shù)分析

1.1 雷擊時(shí)雷電流路徑分析

線路繞擊是指雷擊線路附近大地, 由電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓, 雷電繞過避雷線擊中導(dǎo)線。線路反擊是指雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€引起的線路過電壓, 雷擊桿塔或避雷線, 造成絕緣子接地端電位比導(dǎo)線高, 并擊穿絕緣子。

通過雷電流路徑分析可得出, 不論發(fā)生繞擊還是反擊均會(huì)流經(jīng)懸垂線夾, 傳統(tǒng)35kV 直線桿大檔距和重要跨越導(dǎo)線無保護(hù), 通過鋁包帶纏繞后與懸垂線夾直接固定安裝。懸垂線夾采用鞍型螺栓和舌片夾持實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線承托, 導(dǎo)線采用鋁包帶包裹。因連接部位間隙較多, 且不同位置截面不一致, 導(dǎo)致在雷電流通過時(shí)局部產(chǎn)生熱效應(yīng)易熔斷導(dǎo)線。

1.2 現(xiàn)有防雷措施和后備保護(hù)技術(shù)分析

當(dāng)前35kV 輸電線路防雷擊斷線方式未有十分有效的方法, 經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)查對(duì)比, 架設(shè)避雷線、加裝避雷器、降低桿塔接地電阻三類方式在防雷擊方面有一定效益[2]。但35kV 線路多為單地線架設(shè)方式, 防雷水平較低, 常發(fā)生地線雷擊斷落和繞擊情況, 防雷保護(hù)范圍小。加裝線路型避雷器, 可以提高線路防雷水平, 但因避雷器本身所設(shè)計(jì)承受電流原因, 常發(fā)生雷擊后避雷器斷裂情況; 降低接地電阻主要為提供良好的泄流通道, 可避免部分雷擊跳閘情況。以上措施在雷擊發(fā)生時(shí)無法有效解決連接點(diǎn)處熱效應(yīng)情況, 防止斷線情況發(fā)生。

安裝導(dǎo)線后備保護(hù)的方法能有效在斷線情況發(fā)生時(shí)拉住導(dǎo)線?，F(xiàn)有防脫金具主要有預(yù)絞絲式后備保護(hù)和金具式后備保護(hù)[3-4]。預(yù)絞絲式后備保護(hù)具備良好的防導(dǎo)線斷線脫落和雷擊電流泄流功能, 主要安裝在耐張線夾調(diào)節(jié)板上進(jìn)行后備保護(hù)[5], 沒有在直線桿塔上的安裝案例。金具式后備保護(hù), 安裝便捷, 防導(dǎo)線脫落功能強(qiáng), 均僅在耐張桿塔上有所應(yīng)用[6]。無法應(yīng)用于直線桿導(dǎo)線后備保護(hù)。

2 直線導(dǎo)線后備原理

35kV 直線桿塔常因承受雷電流過大, 出線直線桿懸垂線夾處導(dǎo)線雷擊斷股, 甚至脫線事故, 造成巨大安全隱患。設(shè)計(jì)一種可調(diào)節(jié)式機(jī)構(gòu), 能夠適用于95 或120 等35kV 常用導(dǎo)線, 保證線路安全, 一旦出現(xiàn)該處導(dǎo)線可實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。

2.1 設(shè)備構(gòu)成

本課題擬采用由導(dǎo)線機(jī)械保護(hù)部分和電氣分流兩部分構(gòu)成。其中機(jī)械保護(hù)部分由夾持式卡線頭、內(nèi)楔卡槽型阻擋器、拉桿、引流線四個(gè)部分構(gòu)成; 采用鋼外套向原有的導(dǎo)線耐張軸向滑移, 便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的徑向收縮, 實(shí)現(xiàn)大小調(diào)節(jié)。作業(yè)方法操作簡單, 無需改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu), 適用性好, 能大大降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度, 最大限度消除了事故的斷線沖擊力, 同時(shí),也不影響防振效果。

1) 夾持式卡線頭: 通過夾持大小和楔形位置自動(dòng)固定, 能有效夾持住不同大小導(dǎo)線, 承受不同截面積大小導(dǎo)線最大使用張力的推力不發(fā)生滑移。

2) 內(nèi)楔形卡槽型阻擋器: 內(nèi)楔形卡槽型阻擋器將卡線器安裝在內(nèi)部, 自動(dòng)適配位置后, 通過徑向壓縮受力, 能有效防止卡線頭受沖擊時(shí)失效, 即受沖擊不發(fā)生脫落。

3) 不銹鋼材質(zhì)拉桿: 在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生斷線時(shí)阻擋器和卡線頭緊緊握住導(dǎo)線, 拉桿將兩端阻擋器拉住, 防止脫落, 從而實(shí)現(xiàn)脫落保護(hù)。

4) 銅材質(zhì)引流線: 在導(dǎo)線遭受雷擊時(shí)實(shí)現(xiàn)泄流功能, 引導(dǎo)雷電流從引流線通過, 減少通過絕緣子懸垂線夾電流從而避免線夾處雷擊斷線, 同時(shí)長時(shí)間導(dǎo)通對(duì)應(yīng)不同截面積大小導(dǎo)線部分電流。

當(dāng)導(dǎo)線斷裂時(shí), 產(chǎn)生鋼外套向原有的導(dǎo)線耐張軸向滑移現(xiàn)象, 便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的徑向收縮力(如圖1 所示), 壓迫鋁質(zhì)內(nèi)套鎖緊導(dǎo)線, 鎖緊力隨著拉桿拉力的增大而增加, 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械防護(hù), 防止導(dǎo)線掉落。

圖1 徑向受力分析

采用楔形夾持式卡線頭并在楔形卡線頭端部兩側(cè)安裝螺絲調(diào)節(jié)孔使得夾槽滿足可調(diào)節(jié)性, 通過螺絲固定, 將楔形夾持式卡線頭安裝至阻擋器, 實(shí)現(xiàn)受力。通過楔形夾持式卡線頭和內(nèi)楔卡槽型阻擋器配合使用, 實(shí)現(xiàn)將裝置安裝在直線桿的導(dǎo)線上, 直線桿絕緣子兩端安裝完成后由螺栓拉桿將兩側(cè)內(nèi)楔卡槽型阻擋器連接一起并張緊, 當(dāng)發(fā)生斷線故障時(shí), 兩側(cè)可同時(shí)受力, 防止脫線, 從而實(shí)現(xiàn)斷線保護(hù)。引流線將引導(dǎo)雷電流通過金具泄流, 避免通過線夾內(nèi)部, 導(dǎo)致內(nèi)部導(dǎo)線受損。當(dāng)發(fā)生斷線故障時(shí), 兩側(cè)可同時(shí)受力, 防止脫線, 從而實(shí)現(xiàn)斷線保護(hù)。圖2 為整體安裝示意圖。

圖2 整體安裝示意圖

2.2 電流改善分析

采用了后備金具后, 雷電流大部分會(huì)通過引流線分流, 減少途經(jīng)懸垂線夾處的電流, 降低熱效應(yīng)帶來的危害, 同時(shí)因后備金具處與導(dǎo)線的接觸面積較大降低局部熱效應(yīng)作業(yè), 避免導(dǎo)線損傷。

2.3 斷線受力分析

若仍發(fā)生線夾處雷擊或磨損斷線, 通過后備金具可以降低短時(shí)斷線沖擊力, 當(dāng)導(dǎo)線斷裂時(shí), 產(chǎn)生鋼外套向原有的導(dǎo)線耐張軸向滑移現(xiàn)象, 便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的徑向收縮力, 壓迫鋁質(zhì)內(nèi)套鎖緊導(dǎo)線, 鎖緊力隨著拉桿拉力的增大而增加, 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械防護(hù)。斷線后由原部分導(dǎo)線和壓接引流線受力將導(dǎo)線承托住, 實(shí)現(xiàn)垂直方向受力, 避免導(dǎo)線脫落事故。

3 試驗(yàn)分析

根據(jù)《GB/T 2314—2008 電力金具通用技術(shù)條件》、《GB/T 2315—2000 電力金具 標(biāo)稱破壞載荷系列及連接型式尺寸》、《GB/T 2317.1—2000 電力金具機(jī)械試驗(yàn)方法》、《Q/GDW 13263.1—2014 35kV ～750kV 輸配電線路檔內(nèi)金具專用技術(shù)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范對(duì)所設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行型式試驗(yàn)。

3.1 可調(diào)節(jié)度測(cè)試

所設(shè)計(jì)金具, 兼具螺栓型和壓縮型特性。螺栓型主要體現(xiàn)在采用楔形夾持式卡線頭并在楔形卡線頭端部兩側(cè)安裝螺絲調(diào)節(jié)孔使得夾槽滿足可調(diào)節(jié)性, 實(shí)現(xiàn)垂直壓力, 引起夾持器的線槽對(duì)絞線產(chǎn)生摩擦力從而固定絞線。楔形夾持式卡線頭能有效夾持住95mm2和120mm2大小的35kV 導(dǎo)線。阻擋器內(nèi)部卡槽受力的滑移會(huì)使夾持器和導(dǎo)線產(chǎn)生變形受力, 形成受力整體。

3.2 機(jī)械載荷試驗(yàn)

技術(shù)要求: 在標(biāo)稱機(jī)械損傷荷載時(shí)金具未發(fā)生永久變形, 在標(biāo)稱破壞載荷時(shí), 未發(fā)生破壞。對(duì)所設(shè)計(jì)線夾施加相應(yīng)荷載進(jìn)行試驗(yàn)分析。標(biāo)稱機(jī)械損傷荷載試驗(yàn): 在標(biāo)稱機(jī)械損傷荷載時(shí)金具未發(fā)生永久變形。標(biāo)稱破壞載荷試驗(yàn): 在標(biāo)稱破壞載荷時(shí), 未發(fā)生破壞。通過試驗(yàn), 所設(shè)計(jì)線夾未發(fā)生形變, 滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 握緊力試驗(yàn)

對(duì)導(dǎo)線握緊力不低于40% RTS 的工作張力。95mm2和120mm2導(dǎo)線, 對(duì)導(dǎo)線握緊力不低于40%RTS的工作張力, 金具無損傷、導(dǎo)線無斷股和破損。

3.4 電氣性能試驗(yàn)

根據(jù)電氣性能要求, 導(dǎo)線連接兩端點(diǎn)之間的電阻, 不大于接續(xù)點(diǎn)同樣長度的電阻, 通過后備金具的并聯(lián), 可以使連接部位截面積增大, 從而降低局部電阻。面積增大實(shí)現(xiàn)受承受的載流量增大和溫升降低。經(jīng)試驗(yàn)可得出增加金具后線夾部位導(dǎo)電性能不低于導(dǎo)線本身。

4 應(yīng)用情況

將35kV 可調(diào)式直線桿導(dǎo)線后備金具安裝在35kVXX 線上對(duì)其進(jìn)行安裝運(yùn)行。可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)單人安裝, 能夠適用于95mm2或120mm2等不同大小35kV常用導(dǎo)線, 調(diào)節(jié)后需能夠保護(hù)對(duì)導(dǎo)線的吻合度, 避免局部受力。自身所具備對(duì)導(dǎo)線拉斷力40%的握緊力,在輸電線路出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí), 可以第一時(shí)間握住導(dǎo)線, 防止跌落。同時(shí)分擔(dān)了雷電流傳送的壓力, 減少雷擊過熱現(xiàn)象導(dǎo)致斷線事故。

本成果35kV 可調(diào)式直線桿導(dǎo)線后備金具, 能大幅度提高35kV 架空線路直線塔防雷擊斷線水平, 通過該金具的后備保護(hù)功能可以直接避免雷擊斷線導(dǎo)致的巨大損失, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 1 基35kV 直線桿塔發(fā)生雷擊斷線事故造成的損失或超25 萬元。該后備金具安裝在直線桿上, 不影響線路的正常運(yùn)行, 安裝后基本無需維護(hù), 每年也能節(jié)約管理成本數(shù)十萬元。

5 結(jié)束語

本課題針對(duì)35kV 雷擊故障情況, 在明確影響35kV 輸電線路雷擊斷線的幾個(gè)主要因素, 形成了以防外力斷線和抗雷擊性能為主要性能依據(jù)后, 設(shè)計(jì)了相應(yīng)的卡線和防雷結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)了35kV 輸電線路有效防雷擊斷線措施。該后備金具安裝后, 有效防止了因雷擊斷線造成的線路跳閘、大面積電網(wǎng)停電事故以及嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失, 所產(chǎn)生的間接效益也十分巨大。該后備金具的投入運(yùn)行, 將幫助線路運(yùn)行管理部門提升35kV 架空線路直線塔的抗雷和防外力破壞水平, 保障輸電線路的安全可靠運(yùn)行,彌補(bǔ)35kV 架空線路直線桿塔防雷擊斷線保護(hù)的空白。裝置安裝后, 減少了線路雷擊跳閘次數(shù), 不僅減輕了輸電線路維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān), 同時(shí)也節(jié)省了龐大的線路雷擊線路跳閘故障特巡費(fèi)用, 充分保證了部門的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述, 該后備金具投入運(yùn)行后, 有效地將35kV 架空線路直線桿塔雷擊斷線的發(fā)生可能性減少到最小, 可見其具備很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。