提高雷雨季节油田电网运行可靠性的技术研究

冀东油田供电公司 封 衡 罗 刚 师 鹏

1.前言

近年来，油区所属范围内遭受的恶劣极端天气逐渐增多，自从2012年5月中旬以来油田所在区域进入了雷雨季节，今年的雷电密度和雷电强度都远远超越以往几年，线路多次遭受雷击，造成油田配电网络因雷电原因多次发生故障，对油田的正常生产造成了一定的影响。

为了提高油田电网雨季运行可靠性，为公司的保油上产提供可靠的电力保障，我们对提高油田电网雨季运行可靠性问题进行了深入的研究和探讨，并制定了相关改进措施。

2.油田电网现状及存在问题分析

2.1 雷雨季节油田电网运行现状

油田电网，目前共有10kV供电线路194条，总长384.05kM，其中包括架空线路50条，共300.86kM；电缆线路144条，共83.19 kM。配电线路的典型特征为，线路长，分支多，分布广。同时我油田地处平原沿海，地面广阔，雨季雷电活动频繁，架空线路没有其他建筑物和自然屏蔽物保护，因而多次遭到雷电侵害，且出现故障后，故障点不易查找。我们对近年来油田电网因雷雨天气造成的故障情况进行了统计分析，总结出目前影响雷雨季节电网运行的主要问题主要有两个方面：一是避雷器的防雷效果有待继续提高；二是出现雷击故障后故障点不易查找，导致停电时间加长。

2.2 避雷器的应用与选型问题

近年来油田电网遭遇的恶劣天气逐渐增多，防雷仍然是配电电网的重中之重，而避雷器在电网防雷中依旧发挥着不可替代的作用。今年滩海514线路避雷器集体故障让我们不得不把注意力集中在避雷器的应用与选型中上面。通过对故障避雷器的解剖，结合故障避雷器的各项参数指标，我们总结出避雷器易发生故障的主要技术问题：

2.2.1 避雷器脱离器的选型问题

避雷器能否在损坏、老化后可靠脱离电网，是避雷器安全可靠运行的一个重要指标，所以避雷器的脱扣器对避雷器来说是一个重要的元件。我国10kV配电系统属于中性点非有效接地系统，在发生单相接地时接地容流很小，要求在单相故障时工频故障电流小的情况下，系统能继续运行一段时间；而在系统短路时要求系统在大工频过电流下能迅速切断故障点。由于我国配电系统接地方式的独特要求，使得10kV线路用避雷器脱离器的参数选择尤为重要。

2.2.2 氧化锌避雷器的密封性差

氧化锌避雷器密封老化问题，主要是生产厂家采用的密封技术不完善，或采用的密封材料抗老化性能不稳定，在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期，造成其密封不良而使潮气浸入，造成内部绝缘损坏，加速了电阻片的劣化而引起爆炸。

图2.1 线路避雷器电阻片受潮图示

2.2.3 瓷套污染严重

由于工作在室外的氧化锌避雷器，瓷套受到环境粉尘的污染，特别是设置在冶金厂区附近线路，由于粉尘中金属粉尘的比例较大，故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀，而使沿瓷套表面电流也不均匀分布，势必导致电阻片中电流的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布)，使流过电阻片的电流较正常时大1个数量级，造成附加温升，使吸收过电压能力大为降低，也加速了电阻片的劣化。

2.2.4 避雷器抗冲击能力差

氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故，其原因是因电阻片在制造工艺过程中，由于其各工艺质量控制点控制不严，而使电阻片的耐受方波冲击能力不强，在频繁吸收过电压能量过程中，加速了电阻片的劣化而损坏，失去了自身的技术性能。

图2.2 油田电网避雷器电阻片放电图示

2.3 故障点查找问题

目前油田电网排查故障的一般方法为，当配电线路发生故障后，由电力调度室通知线路工区进行巡线，查找故障点并迅速排除故障。其中每次查找故障点所用时间占处理故障总时间的80%以上，而找到故障点后处理故障所用时间仅占20%左右。我们结合油田电网当前的运行情况对故障点查找困难的原因总结如下：

2.3.1 油田电网所处地形环境复杂

油田电网10kV配电线路多处于虾池、沟边等地理环境恶劣的地区，且道路狭窄崎岖，行车不便，且线路发生故障时通常都伴随有雷雨天气，导致道路泥泞难行，很大程度上影响了巡线的速度。

2.3.2 线路长、分支多、环点多

经过对线路情况进行统计，很多线路主线长度超过10km、分支数目多超过8条，高柳庙地区的环点多达50个，例如陆上514线路长达22.5km，分支线路多达15条。查找故障时，需对每条线路每个分支逐一巡视查找，且故障点隐蔽，不易靠肉眼发现。

图2.3 避雷器故障示意图

2.3.3 故障排查主要依靠人工选线，效率低

目前供电公司在发生故障时通过以下几种简单方法，人工选出故障可能性较大的线路，由电力调度室通知线路工区对这些线路进行重点巡视排查。

方法一：借助钳形电流表判别故障线路。当线路发生故障时，用钳形电流表对变电站内所有出线的零序电流进行测量。比较其大小，零序电流值最大的出线为故障线路的可能性较大，对此线路进行重点巡视。

方法二：通过微机保护装置查看零序电流及报警信息。通过保护装置查看故障母线所带各出线的零序电流，比较其零序电流大小，选出发生故障可能性较大的线路，由电力调度通知线路工区重点巡视。

图2.4 通过保护装置判断故障点

图2.5 通钳形电流表判断故障点

方法三：通过消弧线圈控制器查找。陆上110Kv变电站主变35kV中性点和滩海110Kv变电站主变35kV中性点均装有消弧线圈。消弧线圈控制器可以进行接地选线，但它的准确性较差。

以上选线方法虽然能在一定程度上对故障排查起到指导性作用，但也改变不了其不能自动准确定位的硬伤，需要对所有可能出现故障的线路进行巡视检查，故障排查具有一定的盲目性，排查效率不高。在技术上很大程度制约了故障点的快速定位。

3.油田电网雨季运行可靠性提高的措施

通过以上雷雨季节油田电网运行可靠性的隐患，我们分别对避雷器的应用和雷击故障的排查提出相关的技术措施，并已逐步进行实施。

3.1 关于避雷器运行与选型的几点措施

3.1.1 优化选型方案

在设计选型上面，我们应优先选用多年稳定运行实践的产品，应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂家，严把避雷器的检测关，其中我们使用的符合外套氧化锌避雷器的密封性检测值得我们高度重视。只有通过严格的设计选型才能保证选用的避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能，以使避雷器在寿命周期内稳定运行。

目前线路避雷器容易故障的技术规格问题很有可能是通流容量偏低。目前线路上避雷器的耐受冲击参数是65kA/150A，电阻片的直径为26mm。导致线路上避雷器泄漏电流大的原因有可能是，避雷器的电流耐受冲击值过小，当遭到强雷击时避雷器出现老化恢复不到原来的高阻态。所以建议避雷器电流耐受冲击参数提高到100kA/250A，电阻阀片的直径为42mm，高度24mm。

图3.1 不同截面积电阻片

同时油田电网地处沿海地区，受盐雾、海风、鸟粪等腐蚀严重，所以在避雷器的外绝缘选择应该按照IV考虑，所以建议避雷器的爬电比距由原来的2.5cm/kV提高到3.1cm/kV。

针对以上选型理念，综合分析多家避雷器生产厂家的避雷器产品特性，供电公司已于有良好口碑的避雷器厂家取得合作，购入YH5WX-17/50L避雷器200组，逐步应用于南堡供电工区雷电高发线路上。该型避雷器采用新型热爆式脱离器，Ⅳ耐污性能，密封性能好，且各项试验指标符合油田电网防雷要求。

3.1.2 加强技术管理与故障分析

加强对氧化性避雷器的技术管理工作，建立氧化性避雷器技术档案，对出厂报告、定期测试报告均要存放入技术档案，以便随时监测避雷器的选型是否符合要求，并且随时对相关故障事件进行分析，一旦发现问题及时调整选型方案，弥补避雷器存在的缺陷。

3.1.3 重视新技术新工艺避雷器的尝试

随着配电线路对避雷器性能要求的逐渐加大，各避雷器生产厂家也不断探索避雷器生产的先进技术与工艺。其中串联间隙氧化锌避雷器正逐渐发展成熟，相比无间隙氧化性避雷器有其独特的优点。

图3.2 串联间隙氧化性避雷器结构

串联间隙氧化锌避雷器采用间隙组与氧化锌电阻片串联结构，一方面克服了无间隙氧化锌避雷器用在中性点不直接接地系统中，避雷器电阻片存在长期通流，在较高过电压引起损坏的可能性；另一方面又不同于传统的碳化硅避雷器那样存在着续流灭弧等薄弱环节。具有通流容量大，几乎无续流，等明显优点。串联间隙氧化锌避雷器也有着单相弧光接地耐受时间短、性能受间隙安装工艺制约等缺陷。

由于油田电网还没有串联间隙氧化锌避雷器的运行经验，我们采取了先进行少量安装实验，确定其实际应用可靠性后再逐步推广的方案，引进20组YH5CX-13/40C空气间隙金属氧化物避雷器，于南堡供电工区雷电高发线路进行试点应用。

3.2 关于故障点查找时间较长、查找困难的相关措施

3.2.1 变电站引进小电流接地选线设备，减少故障排查时间

为了解决变电站故障选线困难，故障查找时间长的问题，我们通过多方调研和考察，根据油田电网的实际情况引进“TY-06型小电流接地装置”。

图3.3 S注入法原理示意图

图3.4 TY-06前面板

该装置利用“S注入”法选线原理通过电压互感器二次侧向系统注入一个特殊信号电流，检测该信号实现接地故障选线及定位。

图3.5 激励信号示意图

该装置特点为：不需增加任何一次设备，不会对运行设备产生任何不良影响；注入信号不同于系统中任何一种固有信号的特征，因此不受系统干扰的影响，便于检测；自动判断故障线路，并将故障信息传送至电力调度；选线后，在不拉路的情况下，可通过手持式信号定位探测器准确查找到接地故障点。

安装该装置后，发生故障时该装置自动选择故障线路，并将最终选择结果上传至电力调度，电力调度可立即通知线路工区进行巡线查找故障点，从而大大减少了查找故障所需的时间。

3.2.2 配电线路安装故障指示器，实现线路故障定点

针对架空线路长且分支多，查找故障时间长这种情况，我们在线路上不同位置安装了故障指示器：

①安装在变电站出口，以判断故障在站内或是站外；

②安装在主干线或分支处，以判断故障所在分支或区段；

③安装在电缆与架空线连接处，判断故障在架空线或电缆线上；

④安装在负荷较重用户的配电高压进线处，以判断是否是由用户原因造成。

图3.6 故障指示器应用

图3.7 线路故障指示器原理图

一旦线路发生故障，巡线人员可借助指示器上红色的报警显示，迅速确定故障区段，排除故障。彻底改变过去盲目巡线，查找方法落后的局面，极大的提高了工作效率，缩短了停电时间。

4.效果评价

图4.1 配电线路综合防雷系统模型

目前，随着以上方案的逐步实施，油田电网已经构建起一个专业有效的配电线路防雷系统。

新型避雷器在南堡地区的应用的效果明显，自应用以来经受住了强风暴潮气候和多次雷击天气的考验，有效保护了电网运行，同线路其他附属避雷设施一起组成了配电网络防雷体系。

与此同时，随着线路故障指示器的推广和故障在线监测系统的应用，油田电网故障快速判断系统已基本成型，并在今年的雷雨季节发挥了应有的效果，相信随着新型小电流接地选线装置的应用，油田电网的故障快速判断系统会更加成熟，油田电网的雨季运行可靠性也会得到很大的提高。

5.结束语

本文通过对雷雨季节油田电网运行现状的分析，分别从避雷器的选型与应用和故障点的排查两个方面寻找出了影响电网运行的技术问题，并进行了相关的技术措施分析。希望能对增强雷雨季节油田电网运行可靠性提高参考。

[1]肖国斌,祝毅.新型热爆式避雷器脱离器[J].广东电力,2003(12).

[2]廉浩明.无间隙金属氧化物避雷器的选择[J].华东电力,2008(2).

[3]陶利国,许云峰.采用数字技术的小电流接地选线和故障定位装置[J].电力系统保护与控制,2010,32(7).[4]供电公司年度运行报告分析[R].