淺淡35kV 輸電線路綜合防雷措施
鄧 邠
摘要:輸電路線防雷是一個(gè)系統(tǒng)工程，需多方位考慮并采取技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的綜合治理措施，才能有效地防止雷害事故,提高電網(wǎng)的安全可靠性。本文主要是對(duì)35kV 輸電線路防雷水平進(jìn)行了分析探討。
關(guān)鍵詞: 35kV 輸電線路 防雷措施
引言
某地區(qū)雷雨主要集中在4~10 月, 雷電活動(dòng)較為頻繁和猛烈, 一次雷電過程長(zhǎng)達(dá)9h, 雷電流輻值為10~60kA。現(xiàn)運(yùn)行35kV輸電線路僅在兩端進(jìn)線側(cè)1～2km 架設(shè)架空地線, 中間部分無避雷線、避雷器等, 絕緣水平低, 接地裝置簡(jiǎn)單, 地阻較高, 且35kV輸電線路桿塔多位于山石區(qū), 雷擊桿率高, 耐雷水平低。在運(yùn)行中雷害日益突出, 需對(duì)具體情況積極采取防雷措施, 減少雷害事故發(fā)生。
1 35kV輸電線路雷電性能分析
35kV輸電線路常用桿塔除兩端外無架空地線, 絕緣水平低。感應(yīng)雷、直擊雷、反擊雷均可能威脅安全運(yùn)行。圖1 中a 和b 分別為上、下層橫擔(dān)的長(zhǎng)度, mm;L1 為抱箍上裝設(shè)角鋼的長(zhǎng)度, m。
 

 

(1) 感應(yīng)雷害: 對(duì)一般高度的線路, 規(guī)程[1]建議, 當(dāng)雷擊點(diǎn)與線路的距離d>65m 時(shí),
Ug≈25Ihd/d ( 1)
式中, Ug 為導(dǎo)線雷擊感應(yīng)最大過電壓, kV;I 為雷電流輻值,kA;hd=12.4- 2f/3, 為導(dǎo)線平均高度, m;d 為雷擊點(diǎn)距線路的距離, m;f 為導(dǎo)線弧垂, m。
f 取為4m, Ug 為374.5kV, 絕緣子串的3 片X- 4.5 的絕緣子串臨界雷閃電壓U50%=100+84.5×3=353.5kV, 故至少需4片懸瓶組成絕緣串或S- 380 瓷橫擔(dān)才不會(huì)造成絕緣閃絡(luò)[2]。
(2) 直擊雷害: 雷擊導(dǎo)線時(shí)絕緣子串閃絡(luò)的雷電流I2=U50%/100=3.5kA, 據(jù)lgP=- I/88, P 為雷電流幅值概率, 超過此雷電流的概率為91%, 即91%的雷電流都可能造成絕緣子串閃絡(luò)。
(3) 反擊雷害: 無避雷線時(shí), 雷擊上導(dǎo)線對(duì)桿閃絡(luò)后再向中導(dǎo)線反擊, 其耐雷水平(當(dāng)用4×X- 4.5 懸瓶及自然接地電阻為20Ω 時(shí)):
I1=U50%/(1- k)(Rch+(Lgt/2.6)+(hd/2.6)) (2)
其中, k 為導(dǎo)線和避雷線(無避雷線時(shí)指上層導(dǎo)線)間的耦合系數(shù);Rch 為桿塔沖擊接地電阻, Ω;Lgt 為桿塔電感, μH。
經(jīng)計(jì)算得k=0.2, I1=20.16kA, 根據(jù)lgP=- I/88, 超過20.16kA 雷電流的概率為58%。
該地區(qū)東部地區(qū)近兩年在輸電線路附近1km 內(nèi)雷電流分布見圖2, 雷電流輻值多分布在10～60kA, 此雷電流對(duì)35kV輸電線路的安全運(yùn)行威脅最大。
 

 

2 提高35kV 輸電線路防雷水平的措施
2.1 降低線路接地電阻
35kV輸電線路典型桿型的耐雷水平與接地電阻關(guān)系見圖3�？梢娊档徒拥仉娮�, 能夠大輻度地提高其反擊耐雷水平。
 

 

為降低35kV 輸電線路接地電阻, 對(duì)地區(qū)東部地區(qū)部分線路接地網(wǎng)進(jìn)行改造。除采取減小接地線過渡電阻、接地網(wǎng)除銹補(bǔ)焊、使用降阻劑等常用方法外, 還采取以下綜合措施降低接地電阻。
35kV輸電線路橫擔(dān)接地點(diǎn)通常在橫擔(dān)抱箍處, 通過穿心螺栓與接地引下線連接后與地網(wǎng)相連。整改措施是改變?cè)�點(diǎn)對(duì)面接地措施, 在上下層導(dǎo)線橫擔(dān)面上與接地引下線聯(lián)接( 面對(duì)面接地) , 通過接地引下線與地網(wǎng)相連。
35kV 輸電線路通常采用1 根約100m 的圓鋼作接地線。但在土壤電阻率稍大處接地電阻通常不能<30Ω, 運(yùn)行單位改為采用4 根約30m 的圓鋼焊接成放射狀地網(wǎng), 接地電阻一般能<5Ω, 且在雷電波沖擊下, 沖擊電阻較工頻電阻大大降低。
在地勢(shì)多變地區(qū), 土壤電阻率變化較大, 同一基電桿, 不同方向測(cè)得的土壤電阻率相差很大。測(cè)試不同方向接地線的電阻值相差達(dá)7Ω, 故向其低的方向延長(zhǎng)埋設(shè)地網(wǎng)。
2.2 提高輸電線路絕緣水平
35kV輸電線路雷擊跳閘率高的一個(gè)原因是其絕緣水平較低。早期采用瓷橫擔(dān)絕緣子S- 280, 雷擊沖擊閃絡(luò)電壓為280kV;后建設(shè)新線路均采用瓷瓶串, 一般為3 片XP- 7 絕緣子, 臨界雷閃電壓為353kV。絕緣水平提高減少了感應(yīng)雷的危害, 同樣10Ω 的接地電阻, 反擊耐雷水平增至29.4kA。提高線路絕緣水平, 在運(yùn)行中要做好低值或零值絕緣子的檢測(cè), 防止雷擊時(shí)因串中零值絕緣子存在而使其絕緣下降, 甚至發(fā)生絕緣子炸裂掉串事故。
2.3 安裝線路型避雷器
金屬氧化物避雷器MOA 保護(hù)特性好、通流容量大, 動(dòng)作反應(yīng)快, 用于無架空避雷線的35kV輸電線路, 效果良好。
避雷器要安裝在線路雷電易擊(雷擊次數(shù)多、土壤電阻率較大、山頂、大跨越等)桿段。桿型結(jié)構(gòu)決定避雷器安裝數(shù)量(見圖1), 上相導(dǎo)線對(duì)下兩相有架空避雷線的屏蔽作用, 其保護(hù)角分別為46.3°、3.8°, 故只需在上導(dǎo)線和保護(hù)角大的1 相導(dǎo)線各安裝1 只避雷器。導(dǎo)線等邊三角形排列時(shí), 上相導(dǎo)線對(duì)下兩相的保護(hù)角為21.6°, 則只上相需安裝避雷器。
避雷器的防雷保護(hù)范圍較小。35kV 橋青線運(yùn)行中發(fā)生1次斷線, 斷線點(diǎn)離避雷器約300m, 經(jīng)試驗(yàn)避雷器正常。計(jì)算表明[3], 檔距對(duì)線路型避雷器提高線路耐雷水平有影響, 保護(hù)范圍約200m, 在雷電易擊桿塔離避雷器距離>200m 處, 需增設(shè)1組。
2.4 增設(shè)架空避雷線
沒有架空地線的35kV 線路, 其雷害最嚴(yán)重的后果是導(dǎo)線斷落和瓷瓶串掉串, 危及設(shè)備和人身安全。圖1 桿型中, 加裝一付抱箍, 在其上裝設(shè)1 或2 根角鋼, 然后地線裝設(shè)掛線金具。
避雷線的線路應(yīng)防止雷擊檔距中央反擊導(dǎo)線。15℃無風(fēng)時(shí), 檔距中央導(dǎo)線與避雷線間距離應(yīng)為[4]:s 1=0.012l+1, 式中:s 1為導(dǎo)線與避雷線間的距離, l 為檔距長(zhǎng)度, 避雷線的弛度小于導(dǎo)線弛度, 故L1+1.6+Δf=s 1 即滿足要求, L1 為抱箍上所裝角鋼長(zhǎng)度(見圖1), m;Δf 為導(dǎo)線與地線弧垂之差。
裝設(shè)避雷線后, 該桿型的耐雷水平據(jù)規(guī)程[1]計(jì)算, 接地電阻為10Ω 時(shí),雷擊于地線, 一側(cè)下導(dǎo)線閃絡(luò)后再向另一側(cè)下導(dǎo)線反擊, 經(jīng)計(jì)算得耦合系數(shù)為0.399, 其耐雷水平I1=53.4kA。比無避雷線時(shí)提高了19.5kA。且增設(shè)避雷線后, 對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)角為16.5°。與降低接地電阻配合, 架設(shè)避雷線可取得很好的防雷效果。
3 35kV 輸電線路防雷的綜合治理及存在問題
35kV 輸電線路耐雷水平低、雷擊跳閘率高, 需有針對(duì)性地采取多種防雷措施。線路耐雷水平與地阻關(guān)系見圖4。<10Ω 時(shí), 增設(shè)架空避雷線和絕緣子都能明顯提高線路的防雷水平;>40Ω時(shí), 只有安裝避雷器和耦合地線才有明顯效果。
 

 

根據(jù)線路運(yùn)行中雷電活動(dòng)情況和易擊桿段, 對(duì)雷擊跳閘率高的線路進(jìn)行綜合治理。 在雷電易擊桿段安裝氧化鋅避雷器, 對(duì)懸瓶串由3 片增加為4 片, 同時(shí)開展帶電零值檢測(cè), 在一些重要跨越, 人口稠密區(qū), 增設(shè)架空避雷線與降低接地電阻。通過這些防雷措施, 雷擊跳閘率逐年降低。
近年來, 雷擊跳閘率高的35kV 線路主要是未進(jìn)行防雷綜合改造的新架設(shè)線路。說明35kV線路需在設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)考慮加強(qiáng)防雷措施, 更需在運(yùn)行中采取針對(duì)性措施提高線路的防雷水平。
4 結(jié)束語
該地區(qū)雷電活動(dòng)頻繁, 雷電流多在10~60kA。35kV輸電線路絕緣低、無架地線保護(hù)、防雷性能差, 其安全運(yùn)行直接受到雷電威脅, 故必須對(duì)它進(jìn)行防雷措施改造。采取降低接地電阻、提高線路絕緣水平、安裝氧化鋅避雷器、架設(shè)部分避雷線等措施進(jìn)行綜合治理, 大幅度減少雷害事故。

　　

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