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配网防雷技术保护方案研究

时间:2024-05-17

(广东电网公司佛山高明供电局,广东 佛山 528500)

配网防雷技术保护方案研究

苏耀隆

(广东电网公司佛山高明供电局,广东 佛山 528500)

本文笔者结合多年的配电网实际运行工作经验,针对目前我国配网雷击故障方面问题进行了分析,并研究试用了新型雷电过电压保护装置,因此,对配网防雷薄弱环节提出了技术改进方案,以提高配电网防雷保护效果和供电可靠性。

配网;防雷;保护措施

一、概述

配网系统是向客户供电的重要末端环节,直接决定了局部区域的供电可靠性水平。据本地区域10kV配网故障数据统计,在每年配网停电故障中,约70%是雷害造成。佛山市高明区近年年均雷暴日约140天,远高于国家年平均40天雷暴日的多雷区标准,属于重雷区。在社会对供电可靠性要求更高的形势下,针对“逢强雷暴皆可能跳闸停电”的配网防雷保护提出整套技术改进方案,十分有必要。

二、雷击配网原因分析

雷击有两种形式,一种是直击雷,一种是感应雷。

雷电流一般高达数十千安,在雷电直接击在配电设施时,局部过电压数值(>500kV)将远远超过配电线路和设备的绝缘水平,配网线路和设备的绝缘将不可避免地被永久击穿。由于配电线路离地面不高(≤15米),带电线路与地绝缘,邻近的构建物、树木等物体均有一定的集雷效应,直接击中配电线路的雷电概率相当少。

感应雷过电压,包括放电前形成的静电感应过电压,和放电瞬间产生的电磁感应过电压,叠加时幅值可达400~500kV,已超过配电线路绝缘子和设备的雷电冲击耐压,极容易发生线路绝缘子闪络或配网设备绝缘击穿,是配网防雷的关键。

按雷电成因分析,配电线路易受雷击的区域包括:穿越高压输电线路或邻近通信铁塔、跨越大片水体等地方。据高明区数据统计,在雷击导致永久故障中,位于上述区域的配网故障点分别占了54%、37%。

三、配网雷害故障分析

受运行成本限制,配网设备的耐雷水平整体较低。高明区10kV线路耐张串采用两片XP-7耐张绝缘子,直线杆塔瓷横担使用SQ-210或SC-210型,雷电全波冲击耐压均≥200kV;变压器或开关的雷电冲击耐受电压一般≥60kV;YJV22交联电缆的雷电冲击耐受电压≥95kV。

(一)感应雷过电压估算。根据理论分析与实测结果,当雷击点距离线路附近时(≥65米),线路上产生的感应过电压最大值可按下式计算:

UJ=25×I×hd/S (kV)

I为雷电流峰值(kA),hd为导线平均高度(m),S为雷击点与线路的距离(m)

从雷电定位系统数据可知道,近3年高明区雷电流小于100kA的比例为98.8%,超过100kA的概率极少,可取100kA作为雷电流极限值。

按雷电流100kA落雷点距离线路65米,导线高度15米计算,线路感应过电压

UJ=25×100×15/65=576 (kV)

按10kV线路耐雷水平(200kV)、雷电流100kA反向估算落雷点的最近安全距离

S=25×I×hd/UJ、=25×100×15/200 =187.5 (米)

按10kV线路耐雷水平(200kV)、落雷点65米反向估算最大安全雷电流值

I=S×UJ/(25×hd)=65×200/(25×15)=34.7 (kA)

从雷电系统数据统计,近年高明区雷电流大于34.7kA的比例为27.2%。

从上述估算,感应雷对配网线路的危害很大,大电流的雷电感应过电压与直击雷的危害相仿。由于10kV线路相间距离较少,感应雷过电压同时作用于三相线路,对地闪络时大部分表现为三相对地闪络,引起线路跳闸。

(二)雷害故障分析。根据本地区运行经验,在线路投入重合闸保护功能下,雷击跳闸的重合成功率一般达到85%。在重合不成功和单相接地的停电故障中,无法准确定位故障点但试送电成功的比例约占36%,判断为多点雷击或相间冲击闪络转为稳定工频电弧;避雷器爆裂约占23%,耐张瓷瓶爆裂约占18%,线路断线约占18%,其他原因约占5%。

保设备一直是配网防雷保护的重点,设计标准是在设备两端安装无间隙金属氧化物避雷器。从运行数据可看出,配网主要设备,如变压器、柱上开关等,防雷保护较成功,极少发生雷击烧毁情况。

然而,线路上的雷害故障较突出,反映了线路防雷的不足。在重合闸不成功的故障中,约36%属相间持续闪络或隐蔽性临界缺陷。氧化锌避雷器因内部受潮或阀片老化,在高电压强电流冲击下,内部热崩溃击穿或爆裂,极易引发单相接地或两相短路故障造成次生停电事故。瓷质绝缘瓶雷击后表面闪络或内部击穿,形成接地放电通路。小线径导线在通过大电流时热稳定性不足发热断线。特别是雷击引发的单相接地停电事件,故障点通常十分隐蔽,故障定位时间较长,延误了快速复电,降低了供电可靠性。

四、配网防雷保护的改善措施

从上述分析,目前配网防雷的现状是:注重电力设备,忽视供电线路;注重设备安全,忽视供电稳定;注重一次防范,忽视次生事故。以问题为导向,配网防雷保护方向应进行适当调整,以适应高供电可靠性要求。因此,设计标准须相应进行完善。

(一)防范直击雷。架设避雷针或避雷线是最有效措施,但相对配网投资额度,成本太高,只适合特别重要的线段。在路径选择上,尽量避开输电线路、大片水体、通讯铁塔等易落雷地方。

(二)设备防雷。在主要设备两端,设置无间隙式的金属氧化物避雷器雷。降低接地电阻,接地线与设备外壳相连接地。

(三)线路防雷,以防感应雷为主。本地区近年大量试用了两类过电压保护器作为线路防雷的常规保护,每相隔约100米杆塔安装一套,放电计数记录显示动作较多,已安装的线路极少发生雷害停电故障。过电压保护器是在避雷器(固定式或跌落式)的基础上串联一个放电间隙。在非雷击时,由于放电间隙存在,避雷器不再长时间承受工频电压或过电压,对避雷器起保护作用。在雷电过电压时,由于放电间隙比线路绝缘低而瞬间击穿建弧,氧化锌避雷器同时动作,随着泄流后电压降低,避雷器恢复工频高阻切断电弧电流,起到泄漏雷电流和隔绝工频电压的“泄雷器”作用,使线路不再发生闪络。按照近海地区的10kV线路典型设计方案,把过电压保护器作为线路防雷常规设计后,约增加投资6%。

(四)防次生事故。无间隙固定式避雷器、瓷瓶、小线径导线是雷击次生事故的多发设施。多雷地区,避雷器应采用跌落型的防爆式避雷器,防范避雷器本体爆裂引发的单相接地或相间短路故障。耐张绝缘子采用钢化玻璃瓶,其

零值自爆功能可以及时发现雷击缺陷。避免使用LGJ-35线径的架空线,应采用LGJ-70以上的导线,控制导线档距和弧垂,且电气连接点应采用可靠的AMP线夹或双线夹模式,提高线路的热、动稳定能力,减少断线故障。

结语

配网线路防雷问题是一个经济技术问题。我们既不希望线路因雷击频繁跳闸,也要考虑防雷设施的投资成本。各地应根据本地的线路运行水平和雷暴活动强弱,有选择性地进行防雷设计改造。

[1]崔林.云朝山雷达站防雷措施研究[D].长沙理工大学,2009.

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