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10kV配网输电线路雷击跳闸原因研究

浏览4次 时间:2018年10月12日 16:28
  用户对于供电可靠性有了更高的要求,对于电力企业来说,也应该考虑到配电系统的安全性与稳定性,以长期运行的经验和科学的方法来降低线路运行出现的故障。但10kV 输电线路长期暴露于外界环境当中,遭受雷击不可避免。此时的主要工作是对雷击故障点进行数据分析,进行必要的防雷改造措施。
  1 10kV 配网输电线路雷击跳闸的主要原因
  1.1 接地方式问题
  由于10kV 配电线路的分布区域广泛,本身遭受雷击的可能性就比较大,此时如果绝缘水平过低,即便是感应雷也会引起跳闸事故的产生。通过大量研究数据的分析和研究后得知,10kV 配网的接地方式会影响到跳闸的出现。尤其是不同的区域、电网水平的差异与架设结果的区别也会让接地配置产生明显变化。
  1.1.1 中性点不接地
  这是目前10kV 配电线路常见的接地方式。线路经过雷电过电压闪络造成单相接地故障时,雷电流波长较短,雷击过后不会形成持续的接地点和。目前这种方式是我国主要的一种接地方式,结构相对简单,故障相与非故障相都能流过正常负荷的电流,无需其它的附加设备。但这种方式也是跳闸产生的一大因素。当故障产生之后,电气设备的绝缘性能会受到一定程度的影响,非接地相电压升高,接地相电压降低,再加上线路分布电容的存在,会导致容性电流以电弧的形式存在,有烧毁设备、引起火灾的危险,噪声相间故障,断路器出于保护目的而跳闸,供电中断。
  1.1.2 经消弧线圈接地
  经消弧线圈接地是当线路中发生雷击事故产生单相短路故障时,消弧线圈产生的电感电流与故障点内的电容可以相互抵消,一直短路电弧的形成。但10kV 配网的规模在不断增加,电容量扩大的情况下,消弧线圈的状态始终处于欠补偿状态,雷击引起的单相故障接地电容电流增加,导致雷击闪络情况出现了显著的差异。这种方式可以让电弧自行熄灭,但缺点在于容量受到调节容量的限制,不允许长期接地状态运行。按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的要求,在架空线路单相接地电容电流大于10A 时就应该采用经消弧线圈接地。但它对10kV 输电线路的跳闸影响也应该纳入考虑范围之内。1.1.3 经小电阻接地雷击造成短路故障时,如果接地故障电流超过1000A,那么接地故障短路电流过大会在故障点产生电流气体和持续电弧,此时系统无法自动解除故障,线路会发生永久性的单相接地故障。而在中性点与大地之间介入一定阻值范围的小电阻,一般为10-20Ω,则可以将电荷进行释放,限制弧光接地过电压。这样一来单相接地故障发展为相间故障的可能性会显著降低,零序电流的灵敏度也能起到保护作用。但故障会印象概念股供电的可靠性,如果零序保护出现问题,电弧会影响到附近的绝缘,有烧毁电缆的危险。同时过大的接地电流也会让电阻制造出现问题,让地电位超过安全范围。此外架空线路的瞬时故障本身就比较多,线路跳闸率高,线路稳定性下降的情况下经小电阻接地的方式并不突出。
  1.2 绝缘水平影响
  10kV 配电网雷击跳闸事故的主要原因就在于绝对水平过低。10kV 架空线路通常位于城市郊区,此时环境因素将产生重要的影响。例如线路杆塔周围存在水田、水塘等,容易导致架空线路遭受雷击时出现大量的感应雷过电压,引发线路跳闸。
  另外,某些10kV 线路中还存在使用老式阀型避雷器的情况。
  阀型避雷器一般情况下的运行周期较长,此时外部的密封会因为腐蚀、受潮情况出现损坏,避雷器内部运行过程中的气压降低,工频放电电压也随之下降,情况严重时会产生无法切断引发爆炸的现象。
  1.3 接地引下线
  从实际的运行状况来看,接地水平直接影响到防雷的效果,例如接地引线过长,就等同于接地电阻的增大。如果接地引线焊接出现问题,引线甚至有被烧断的危险,雷电流在此时无法及时入地,对于绝缘区域同样会造成损坏。另外,接地装置的性能本身会受到土壤电阻率、环境、装置本身埋设情况等多方面因素的影响,让接地装置上出现较高的电压降。所以10kV接地引下线的连接不合理,也是导致输电线路雷击跳闸事故的主要原因。
  2 防雷击跳闸措施
  2.1 耦合地线
  耦合地线在导线下方,目的在于提升线路的耐雷水平。此外,还能相对全面地防止导线受到雷电直击的影响,对于线路预防绕击有相对显著的作用。实际上架设耦合地线防雷的作用有两个方面,一是为了增加导线与地线之间的耦合作用,产生更高的感应电压,防止绝缘子被闪络影响;二是降低杆塔分流系数,降低杆塔顶部的电位。
  2.2 线路避雷器
  消除雷击闪络的最有效措施就是装设线路避雷器,即将避雷器与运行的绝缘子串并联挂设。在遭受雷击时能让一部分电流流入相导线当中,防止闪络情况的产生。一般情况下,其作用在于保护绝缘子,限制配电线路的感应过电压,降低两端的电位差。
  2.3 并联间隙保护
  并联间隙保护的原理是将并联的金属电机安装在绝缘子串两端。此时雷电在塔顶的情况下能起到绝缘子串的保护作用。
  即便是雷击闪络在绝缘子表面产生,也可以通过点动力将电弧从绝缘子表面引导并联保护间隙。电弧方向远离了绝缘子串的方向,可以让绝缘子串不受损伤,再通过自动重合闸的作用来切除工频电弧。如下图1 所示。
  图1 绝缘子试验曲线
  从研究结果来看,110/220kV 电压等级线路绝缘子与并联间隙伏秒特性的配合关系。它作为传统防雷措施的一种良好补充,可以大幅地减少线路的雷击情况。所以,从试验曲线中也能了解到,并联间隙的作用是让线路不存在永久性的故障,让雷击作用下的间隙能比绝缘子串先于闪络。
  2.4 不平衡绝缘
  不平衡绝缘的原理在于,如果线路采用平衡绝缘或是绝缘的不平衡度较小时,雷击导致的闪络会发生在两回线路当中,而随着绝缘水平的拉大,两相闪络会逐渐地向低绝缘一侧集中,此时低绝缘的一回线路先进行闪络,将雷电流全部释放,线路的耐雷水平可以得到显著提高。目前这种方式主要针对110kV或是220kV 高压电网当中。受限于杆塔,很多配电线路并不能够通过增加绝缘子片的方式来锁定两相闪络的实际效果,所以会将其中一回线路的绝缘子更换为耐雷水平更加出色的绝缘子。例如有研究就同时探究了10kV 同塔双回线路不平衡绝缘布置后的防雷击效果,其中一相为P15 针式绝缘子,另一项是玻璃绝缘子,最终的结果也表明了不平衡绝缘可以保障关键配电线路供电的可靠性,显著降低了配电同塔双汇线路的同跳闸率。一般情况下长度在500m 及以下的10kV 电力电缆,用2500V 兆欧表摇测,在电缆温度为+20℃时,其绝缘电阻值不应低于400MΩ。三相之间,绝缘电阻值比较一致;若不一致,则不平衡系数不得大于2.5。换算到同一温度下。其值不得下降30% 以上。1KV 及以下电力电缆的绝缘电阻值,在电缆温度为20 摄氏度时,不应低于1MΩ。
  3 结语
  10kV 架空线路作为目前电力系统中的重要系统,易遭受直击雷与感应雷出现跳闸停电,文章针对雷击跳闸因素进行了相关分析,并研究了一些合适的防雷措施,最终形成有效的优化配置方案。但今后的研究工作还应该针对避雷线防雷效果、避雷器的安装等细节问题展开评估,让线路的运行始终处于安全的状态之下。
  参考文献:
  [1] 陈荣锋,刘刚.周边输电线路对10kV配网雷击跳闸的影响研究[J].
  华东电力,2013,41(2):390-394.
  [2] 刘雄辉.10kV配网输电线路雷击跳闸故障原因思考[J].科技与创新,2016(4):148-148.
  [3] 刘刚,席禹,唐军,等.高压架空输电线路引雷对附近10kV架空配电线路雷击跳闸特性的影响[J].高电压技术,2014,40(3):690-697.

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