陽(yáng)江地區(qū)配電線路差異化防雷技術(shù)研究

林清華

摘要：本文對(duì)陽(yáng)江地區(qū)配電線路現(xiàn)有防雷措施技術(shù)進(jìn)行分析，提出配電線路差異化防雷性能治理策略，基于雷電定位系統(tǒng)（GIS）長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析配電線路全線走廊雷電分布規(guī)律，結(jié)合線路特征參數(shù)等，制定多套具有不同特點(diǎn)防雷改造方案，依據(jù)改造目標(biāo)和管理要求，確定出最佳改造方案，提高了決策效率，有效保證配電設(shè)備安全運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；差異化防雷；避雷器；避雷線

引言

配電網(wǎng)絕緣水平低，雷害事故發(fā)生頻繁，對(duì)配電網(wǎng)的影響較大，隨著人們對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性越來(lái)越高的要求，對(duì)電力系統(tǒng)防雷保護(hù)的重視程度也越來(lái)越高，更多的新技術(shù)與材料也越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)多年摸索，配電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規(guī)防雷措施。總結(jié)各種方法可歸為“堵塞”和“疏導(dǎo)”兩種。

“堵塞”即為盡量增強(qiáng)線路的絕緣水平，從而減少雷擊閃絡(luò)次數(shù)，降低工頻續(xù)流的建弧率[1]?！岸氯健狈览状胧┛商岣呔€路的耐雷水平，減小雷擊跳閘率[2]。日本常見(jiàn)的避雷器為限流消弧角，也名為帶串聯(lián)環(huán)形外間隙金屬氧化物避雷器，其原理為增長(zhǎng)閃絡(luò)路徑，進(jìn)而提高絕緣子兩側(cè)的絕緣水平，由此降低工頻電弧的建弧率。這類方法效果明顯，缺點(diǎn)是成本髙、施工難度高[3]。

“疏導(dǎo)”即為線路產(chǎn)生雷擊閃絡(luò)時(shí)，盡快疏導(dǎo)落雷閃絡(luò)后的工頻電弧弧根，從而避免導(dǎo)線燒壞[13]。在芬蘭，采用閃絡(luò)保護(hù)型線夾，此法是剝離絕緣子串與導(dǎo)線連接點(diǎn)處的絕緣層，再進(jìn)行加裝防護(hù)線夾以加固，相似的方法也應(yīng)用在瑞典和美國(guó)；本應(yīng)用放電箱位瓷絕緣子，替代閃絡(luò)保護(hù)型線夾，加強(qiáng)導(dǎo)線絕緣層被剝離處的絕緣水平。這類方法操作較“堵塞”法容易，投資少；但導(dǎo)線局部裸露在外，雷雨天氣時(shí)，存在著絕緣和密封上的缺陷。

本文根據(jù)配電線路走廊雷電活動(dòng)、地形地貌、線路結(jié)構(gòu)和絕緣配置、防雷計(jì)算方法、防雷措施等差異性，提出配電線路差異化防雷性能治理策略，基于雷電定位系統(tǒng)（GIS）長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析配電線路全線走廊雷電分布規(guī)律，結(jié)合線路特征參數(shù)等，選擇合適的防雷計(jì)算分析方法，對(duì)桿塔進(jìn)行防雷性能評(píng)估，確定桿塔防雷安全等級(jí)及其決定因素；依據(jù)現(xiàn)有防雷措施技術(shù)特點(diǎn)，采取針對(duì)性防護(hù)措施配置，制定多套具有不同特點(diǎn)防雷改造方案，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，依據(jù)改造目標(biāo)和管理要求，確定出最佳改造方案，最終形成配電線路防雷治理策略，提高了決策效率，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。

1 現(xiàn)有防雷技術(shù)分析

綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面比較，我國(guó)多釆用“疏導(dǎo)式”防護(hù)措施。國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)研制了多種防止絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的產(chǎn)品。目前釆用的防雷措施主要有：架設(shè)避雷線，降低接地電阻，提高絕緣水平，加裝耦合地線，安裝線路避雷器，安裝并聯(lián)間隙，安裝自動(dòng)重合閘裝置等。

1.1架空避雷線

在空曠地區(qū)對(duì)線路架設(shè)避雷線能有效地降低線路雷電感應(yīng)電壓幅值，減少雷擊跳閘率[4]。對(duì)配電架空線進(jìn)行屏蔽和保護(hù)的常用方法之一是架設(shè)同桿架空避雷線，從而大大降低感應(yīng)過(guò)電壓的幅值，其屏蔽作用可將感應(yīng)過(guò)電壓降低至原電壓值的1/（1-k），其中：k為避雷線與絕緣架空線間的稱合系數(shù)與沖擊系數(shù)之積。計(jì)算顯示，當(dāng)導(dǎo)線距離地面高度11米，三相導(dǎo)線間的線距為0.7米，落雷點(diǎn)與導(dǎo)線間的垂直距離為50米，雷電流幅值為100kA，雷電流波頭時(shí)間2μs，波尾時(shí)間在未架設(shè)避雷線時(shí)49μs，感應(yīng)過(guò)電壓幅值可達(dá)550kV，而架設(shè)避雷線后其幅值可降至330kV，感應(yīng)過(guò)電壓降低了40%。

由此可知架空地線能夠有效地防止雷電直接落在架空線上，起到了較明顯的屏蔽作用。這種方法在實(shí)際應(yīng)用中一向取得了較好的效果，再加其免維護(hù)翠是受到電力系統(tǒng)的歡迎。然而，從實(shí)際工程的成本考慮，在多種防雷措施里，架設(shè)避雷線的投資幾乎最高，約為8000元/km，除此之外，雖能有效屏蔽直擊雷，卻難避免繞擊雷的發(fā)生，因此常形成線路反擊，還是會(huì)引發(fā)工頻續(xù)流進(jìn)而燒斷導(dǎo)線[5]。且對(duì)于較老的線路，由于塔型的限制使得安裝工作較為困難；而大規(guī)模的改造老式桿塔，無(wú)疑又大大增加了施工的成本和工作量。

1.2提高線路絕緣水平

提高絕緣子50%放電電壓，即可通過(guò)增大電弧爬距的方式提高線路絕緣水平，可使雷電引發(fā)的工頻續(xù)流因爬距大而無(wú)法建弧，此方法能較明顯的降低雷擊跳鬧率。這種加強(qiáng)絕緣導(dǎo)線局部絕緣強(qiáng)度的方式也可以明顯的達(dá)到提高線路耐雷水平的效果，同時(shí)又降低了工程的造價(jià)，具體方法為加厚絕緣導(dǎo)線固定處的絕緣，如圖所示，放電發(fā)生時(shí)，絕緣的擊穿將全部發(fā)生在絕緣邊沿處的導(dǎo)線，此邊沿絕緣水平較高，因此線路的沖擊放電電壓可通過(guò)沿面閃絡(luò)得到提高，是一種效果較好的防雷措施[6]。

此外，直線桿原有的鐵橫擔(dān)以及耐張桿原有的懸式瓷瓶還能分別被玻璃鋼絕緣橫擔(dān)和鋼化玻璃絕緣子替代，同樣可以起到增強(qiáng)線路絕緣的效果。玻璃鋼溶絲橫擔(dān)的絕緣水平高及機(jī)械強(qiáng)度好是其優(yōu)勢(shì)所在，若用玻璃鋼溶絲橫擔(dān)代替鐵橫擔(dān)，那么閃絡(luò)路徑將大大增長(zhǎng)，可明顯提高線路的絕緣水平，進(jìn)而可以大大降低建弧率，進(jìn)一步防止雷擊斷線的發(fā)生該方法可有效地提高線路絕緣水平，降低雷擊斷線率。此措施的缺點(diǎn)在于，絕緣子更換的工程投資較大，加強(qiáng)局部絕緣的施工較為困難，施工要求比較高。

1.3加裝線路避雷器

線路避雷器是在線路桿塔上安裝避雷器裝置，將其與線路絕緣子串并聯(lián)，提高安裝處線路的繞擊和反擊耐雷水平，并有效保護(hù)絕緣子不閃絡(luò)，降低雷擊跳閘率。避雷器提高耐雷水平原理是：線路安裝避雷器后，當(dāng)雷電繞擊線路，絕緣子串兩端產(chǎn)生過(guò)電壓超過(guò)避雷器動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作，利用閥片的非線性伏安特性，限制避雷器殘壓低于線路絕緣子串的閃絡(luò)電壓。雷電流經(jīng)過(guò)避雷器泄放后，通過(guò)避雷器的工頻電流很低，工頻電弧在第一次過(guò)零時(shí)熄滅，線路兩端斷路器不會(huì)跳閘，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始將線路避雷器使用在配電線路絕緣的薄弱點(diǎn)，如特別高的桿塔和終端桿處。實(shí)際運(yùn)行表明，線路避雷器可以有效的限制住雷電流產(chǎn)生的過(guò)電壓，保護(hù)線路不發(fā)生跳閘故障，但它價(jià)格貴，普遍推廣使用有難度，在線路加強(qiáng)絕緣后，從節(jié)約技改花費(fèi)的角度，只能在雷電活動(dòng)劇烈地區(qū)的線路易擊點(diǎn)、易擊段、易擊相或重點(diǎn)保護(hù)的線路段。

1.4降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平，減少線路雷擊跳閘率的主要措施。降低桿塔接地電阻是通過(guò)降低桿塔的沖擊接地電阻來(lái)提高輸電線路反擊耐雷水平的一種防雷技術(shù)。降低桿塔接地電阻來(lái)降低輸電線路雷擊跳閘率的原理是：當(dāng)桿塔接地電阻降低時(shí)，雷擊塔頂時(shí)，塔頂電位升高的程度降低，絕緣子所承受的過(guò)電壓程度也降低，從而使線路的反擊耐雷水平提高，從而有效的降低線路的雷擊跳閘率。降低桿塔接地電阻的方法主要分物理降阻和化學(xué)降阻：物理降阻包括延長(zhǎng)接地體、深埋接地體、使用符合接地體等；化學(xué)降阻主要是指在接地體周圍敷設(shè)降阻劑，通過(guò)降低土壤電阻率來(lái)達(dá)到降低接地電阻的目的。

1.5架設(shè)耦合地線

架設(shè)耦合地線是指在雷害事故多發(fā)地區(qū)，在導(dǎo)線下方加設(shè)一條接地線，以提高線路的反擊耐雷水平，降低反擊跳閘率。架設(shè)耦合地線提高線路反擊耐雷水平的原理是：耦合地線可以增加分流作用，可以使雷電流易于通過(guò)鄰近桿塔的接地散流，從而降低塔頂電位。架設(shè)耦合地線根據(jù)架設(shè)的位置不同分兩類：直掛耦合地線，直接增設(shè)在線路導(dǎo)線下方的耦合地線；側(cè)面耦合地線，平行架設(shè)在線路兩側(cè)的耦合地線。

1.6并聯(lián)間隙防雷

對(duì)于一些特殊地理位置的配電線路，如沿海，山區(qū)，丘陵地區(qū)，地形地勢(shì)復(fù)雜，雷電活動(dòng)頻繁，常規(guī)防雷方法往往達(dá)不到預(yù)期的防雷效果，因此進(jìn)一步研究適合特殊地理環(huán)境的防雷措施還是很有必要的。并聯(lián)間隙防雷是和傳統(tǒng)的防雷保護(hù)方式不同的一種“疏導(dǎo)型”的防雷保護(hù)方式。采用間隙裝置與絕緣子串并聯(lián)，接閃雷電，疏導(dǎo)工頻電弧，雖有雷擊閃絡(luò)，但無(wú)永久性故障，重合閘能夠成功動(dòng)作，從而有效地防止絕緣子損壞，避免雷擊事故發(fā)生。

并聯(lián)間隙裝置的作用機(jī)理是：在絕緣子串兩端并聯(lián)一對(duì)金屬電極（又稱招弧角/引弧角），構(gòu)成保護(hù)間隙，如圖1所示。當(dāng)架空線路遭受雷擊時(shí)，并聯(lián)間隙因沖擊放電電壓低于絕緣子串的放電電壓，故首先放電，隨后產(chǎn)生工頻短路電弧。短路電弧在電動(dòng)力和熱浮力的作用下，向遠(yuǎn)離絕緣子串的方向運(yùn)動(dòng)，最后穩(wěn)定在并聯(lián)間隙端部進(jìn)行燃燒，直至跳閘熄滅。由于電弧被拉向遠(yuǎn)離絕緣子串的方向，從而避免了其對(duì)絕緣子串的灼燒，有效地保護(hù)了絕緣子串不受損傷。

2 差異化防雷研究思路

針對(duì)陽(yáng)江地區(qū)沿海、山區(qū)、丘陵地貌的實(shí)際情況，為了提高陽(yáng)江電網(wǎng)雷電防護(hù)整體水平，提高供電可靠性，應(yīng)用現(xiàn)有的陽(yáng)江地區(qū)雷電活動(dòng)分布特征研究成果，進(jìn)一步研究配網(wǎng)設(shè)備的防雷技術(shù)措施。2.1 開(kāi)展10kA避雷器應(yīng)用研究

基于ATP軟件的Pinceti模型建立避雷器仿真等效模型，并采用多指數(shù)函數(shù)擬合法對(duì)避雷器閥片非線性進(jìn)行計(jì)算。建立不同的避雷器配置方案，對(duì)不同配置方案下的線路耐雷性能分析比較，并選出最優(yōu)的10kV避雷器配置方案。開(kāi)展避雷器選型的分析，對(duì)選擇的最佳配置方案論證。

2.2開(kāi)展配網(wǎng)加裝避雷線及桿塔改造應(yīng)用研究

首先，建立輸電線路感應(yīng)雷計(jì)算模型，包括：雷擊時(shí)空間電磁耦合的計(jì)算模型、考慮入地電流頻變特性的感應(yīng)電壓計(jì)算模型、考慮全回路參數(shù)頻變特性的計(jì)算模型等。其次，建立輸電線路桿塔多阻抗模型，對(duì)桿塔接地電阻的降低進(jìn)行分析研究，計(jì)算導(dǎo)線、避雷線擊距和地面擊距，分析研究如何進(jìn)行避雷線的選擇及架設(shè)。最后，確定避雷線選擇及桿塔改造方案。

2.3編制配網(wǎng)差異化防雷技術(shù)方案

綜合現(xiàn)有防雷措施，考慮陽(yáng)江市實(shí)際地形地貌因素，并以最新的避雷器配置、避雷線選擇及桿塔改造方案為基礎(chǔ)，編制配電網(wǎng)差異化防雷技術(shù)方案。

3 結(jié)論

通過(guò)依托現(xiàn)有的防雷措施，根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的特點(diǎn)研究的的配網(wǎng)差異化防雷技術(shù)方案，其將各防雷技術(shù)進(jìn)行整合，對(duì)提高配電網(wǎng)的可靠性、用電可靠性具有重要意義，對(duì)雷電多發(fā)地區(qū)電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。

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