魏淼清:送电线路雷害事故的综合治理

关键词:[质量管理] 浏览:2335 发布日期:2016-01-20 网页收藏

  • 送电线路雷害事故的综合治理

    摘要:分析送电线路上常用的几种防雷措施的防雷效果,提出送电线路雷害事故应进行综合治理。采用杆塔顶多针系统、降低杆塔接地电阻配合使用可以收到十分明显的防雷效果。

    一、引言

    电力企业是国民经济的支柱产业,它同工农业生产和人民生活密切相关。电力的传输和分配是通过各种不同电压等级的送电线路来完成的。因此,如何保证送电线路的安全运行是确保电力供应、国民经济稳步增长的关健,送电线路的安全可靠运行直接涉及整个电力系统的稳定和可靠运行。然而,送电线路裸露于旷野之中,影响送电线路运行安全有诸多因素,主要影响因素有:雷害、树(竹)障、空气污染和偷盗等四个方面。对于树(竹)障、空气污染和偷盗等方面的影响的危害,可以准确地进行描述和分析,因此能够采取明确有效的措施予以防止。但是,雷害是一种自然现象,具有其自身的客观规律,不以人的意旨而转移,所以,雷害对送电线路运行安全的威胁最大。

    二、雷电活动规律

    雷电是一种自然现象,并具有其自身的客观规律。首先,雷电活动具有一定的周期性。根据运行统计分析,雷电活动周期大约在11年左右。因此,评价一种防雷措施的效果的时间至少应为一个雷电活动周期。

    其次雷电活动按地区分布也具有一定的客观规律。从赤道向两极递减,潮湿地区比干冷地区多雷,陆地比海洋多雷,山区比平原多雷。

    另外,雷电活动具有一定的时间性。雷电一般发生于410月,68月雷电活动最为强烈。

    对送电线路的雷害事故进行治理之前,应根据雷电活动具有周期性这一客观规律,统计送电线路在一个雷电活动周期内的雷击跳闸情况,计算送电线路在一个雷电活动周期内的平均雷击跳闸率,根据统计结果来确定送电线路雷害事故的防护措施,从而减少雷害事故的发生。这样,既不会对雷击跳闸率低的送电线路因采取过于严密的防雷措施,造成不必要的资金浪费。又不会因为借施不全而造成送电线路雷击跳闸率偏高,影响送电线路仍致整个电网的安全稳定运行。

    同时,在考虑送电线路防雷措施时应根据雷电活动在不同地区的分布情况不同的客观规律,不同的地区分别对待,否则,一方面是造成不必要的浪费,另一方面是不能有效地防止雷电对送电线路的破坏作用,影响正常的供电秩序,给国民经济造成损失。

    三、影响雷击选择性的因素

    根据运行资料分析,地面落雷受地形地貌及地质条件影响。地开地貌的影响有:如“半岛”形山头及起伏陡峭的地形边缘、孤立或高差悬殊的山顶,这些地方都是易落雷的地点。这些地点易遭雷击的主要原因是:地形坡度降低于避雷线的屏蔽作用,增加了导线的绕击率。山势际峻,易造成强烈的空气上升运行,容易形成锋面雷。220KV××线#10#120杆位于“半岛”形的山头,这两处杆都遭受雷击,特别是#120杆发生多次雷击故障。

    山中的条形盆地,江河、湖泊及水库边缘的山顶或山坡,地下水出口或露头处、地表裂隙等处也是雷击放电的易击点。

    另外,与气象条件有关的向阳山坡或迎风山坡、与植被有关的森林及茂盛的灌木草丛等地对雷击的选择性也有一定的影响。

    影响雷击选择性的地质方面的因素有不同性质岩石的分界地带、地质年代线错综复杂的地带、地质构造上的断层地带、矿脉或含矿岩石和局部的良导电地带。

    四、防止雷害事故的措施

    这电线路的防雷措施目前主要有:(1)架设避雷线;(2)采用自动重合闸装置;(3)降低杆塔接地电阻;(4)加强线路绝缘;(5)架设耦合地线;(6)采用塔顶多针系统。这些防雷措施对减少送电线路的雷害事故都有一定的作用,但各种的防雷措施的防雷效果不尽相同。

    1、架设避雷线

    架设避雷线是送电线路采用的最基本的防雷措施之一。它在送电线路防雷方面具有:防止雷直击导线:雷击塔顶时对雷电流有分流作用,降低雷击杆塔时塔头绝缘(绝缘子串和空气间隙)上的电压;对导线有屏蔽作用,降低导线上的感应过电压。尽管避雷线具有许多防护直击雷和感应雷的功能,但是单独采用这一措施并不能收到有效的防雷效果的,必需同其他防雷措施配合使用,如不能防止雷绕击事故的发生。杆塔接地电阻太大则影响雷电流的释放,从而提高杆塔顶的电位,造成反击事故的发生。避雷线对直击雷和感应雷防护具有显著的作用,而送电线路雷击跳闸的50%是因为雷绕击导线而造成的,特别是山区送电线路雷电绕击故障跳闸点的比例更大。

    2、采用自动重合闸

    自动重合闸的作用是当送电线路发生瞬时故障跳闸时迅速重合使线路重新恢复供电,减少线路故障停电时间。送电线路上发生的雷害事故基本上都是瞬间故障,因此自运重合闸也是一种防止送电线路雷害事故的措施,但仅仅只是一种补救措施。之所以这样讲,是因为他并不能防止送电线路雷害事故的发生,而只能是在送电线路发生雷害事故后,将送电线路与系统暂时隔离,阻止事故的进一步扩大,保证电网的安全运行。然而,因受断路器的性能和使用寿命限制,雷电活动强烈的地区的送电线路自动重合闸应慎重使用。据统计,我国110KV以上送电线路的自动重合闸的成功率可达75%95%35KV及以下线路自动重合闸的成功率为50%80%

    3、降低杆塔接地电阻

    对一般高度的杆塔,降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平防止反击的有效措施。送电线路杆塔接地装置一般为水平敷设的接地体(带、管),也有垂直接地体。当杆塔周围土壤电阻率太高时则采用引外接地或连续伸长接地线。杆塔设计接地装置的目的是为了在雷击杆塔顶或避雷线时保证雷电流向地的释放,降低杆塔的电位,防止发生反击事故的发生。

    连续伸长接地线是沿线路在地中埋设12根地线,并与下一杆塔接地体相连,此时,对工频接地电阻值不作要求。国内外的运行经验证明,它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施,能有效降低杆塔雷击故障。如某110KV送电线路的#65杆位于山顶,经常遭受雷击,后采用伸长接地线与#66杆相连。采取这种措施后,#65杆运行7年多时间再未遭受雷击。这种方法只能使用在地形起伏不大的地方且相邻两基杆塔档距较小杆塔。

    在高土壤电阻率山岩地区的杆塔接地装置,采用引外接地体或采取敷设接地降阻剂和导电混凝土的措施来降低杆塔接地电阻。但不论是敷设化学降阻剂,还是敷设导电混凝土,都能大幅度降低杆塔接地电阻值,但费用相当,每米约需费用40元(含材料费、施工费、不包括赔偿费)。

    从运行资料统计分析,遭受雷击的杆塔有很大一部分杆塔的接地电阻小于10Ω,有的甚至只有2.5Ω。因此,降低杆塔接地电阻虽然可以起到一定的防雷效果,但它并不能防止雷电对送电线路的危害。这是因为雷电绕过避雷线击于导线而发生的绕击事故。对于高塔,改善接地电阻收到的防雷效果则更差。因为高杆塔自身电感上产生的压降是主要的组成部分,而在接地电阻上产生的压降很小另外,高杆塔发生绕击的几率也较大。

    4、加强线路绝缘

    送电线路耐雷水平是雷击杆塔顶及杆塔附近的避雷线时引起线路绝缘闪络的临界雷电流值。它是表征送电线路耐雷性能的一个基本参数。对于一定型式、尺寸和绝缘水平的杆塔,在同一波形的雷电流袭击下,只存在一个确定的耐雷水平。

    送电线路而雷水平综合等值法的计算公式:

     

    式中:K—计及电晕影响的耦合系数

    β—杆塔分流系数

    Rch—杆塔冲击接地电阻(Ω)

    Lgt—杆塔电感

    Ha—导线的平均高度(m)

    U50%—绝缘子串的50%冲击闪络电压

    雷电绕击导线的耐雷水平的计算公式:

    I2= U50%/100

    U50%——绝缘子串的50%冲击闪络电压。

    U50%=KNU50%

    式中K——绝缘子串绝缘子个数

    U50%——每个绝缘子50%冲击闪络电压

    由以上的计算公式可以看出,增加线路绝缘子个数提高绝缘子串U50%,从而可以提高送电线路的耐雷水平和绕击导线的耐雷水平。如220KV送电线路增加两片绝缘子,可以提高线路耐雷水平15.38%。送电线路绝缘水平的高低(绝缘子和塔头上相应的空气间隙)直接影响线路的造价。因此在满足线路正常运行和内过电压要求的前提下,只能在很有限的范围内考虑加强绝缘。

    5、架设耦合地线

    架设耦合地线能在雷击塔顶时起到进一步的分流作用和耦合作用,降低杆塔绝缘上所承受的电压,提高线路耐雷水平。

    目前,架设耦合地线的一般方法是:利用线路杆塔直接在导线下面架设单(双)耦合地线,对耦合地线在杆塔处挂线点作适当补强,但用这种方法来架设耦合地线受杆塔强度、地形、地貌和线路下交叉跨越物限制,不适宜全线架设,只能有选择地在雷电活动强烈地段架设。这样不仅可以节约费用,而且可以收到较好的防雷效果。用这种方法架设耦合地线,由于耦合地线始终处于边导线以内,因此,这样架设耦合地线可以降低雷击杆塔顶时反击事故的发生机率,不能防止绕击事故的发生。

    另一种架设耦合地线的方法是:如果线路所经过地段的雷电活动特别强烈,那么在线路上方架设耦合地线,耦合地线路径走向与线路走向交错穿行,并与线路走向成45°夹角,耦合地线使用的杆塔位置与线路的水平距离按倒杆距离确定。通过这种方法架设的耦合地线不仅可以减少线路直击雷和感应雷对线路的危害,而且可以减少雷绕击导线的危害,收到很好的防雷效果。但是这样架设耦合地线,势必需要很大资金。

    还有一种架设耦合地线的方法是:对于雷电活动强烈地区的单避雷线、导线按上方形布置的线路,则可以在与上导线同一高度的反方向上架设单耦合地线,这样架设耦合地线既起着避雷线的作用,又具有耦合地线的功能,并改善杆塔受力,也减少单边相导线落雷机率,可改善线路耐雷性能。

    6、采用多针系统防雷

    多针系统是一种简便、经济、实效的防雷措施,是由送电线路一线运行管理人员根据运行经验总结得出的一项简易有效的防雷措施。这种多针系统的组成是:一根水平放置的角钢,水平和竖直排列数根适当长度的φ圆钢和球形布置于各圆钢顶上的长200mm的GJ—70型多股钢绞线。这一措施的理论依据是尖端放电,其原理是:在雷暴和降水的强电位梯度中,即使不很高的金属尖端也能产生可观的电流,并且在尖端放电不致造成闪电的条件下,局部空气电导率将增加,因而阻止这一区域内场强的进一步增大。根据这一原理,在线路杆塔顶安装多个尖端,当雷暴来临时,这些金属尖端发生电晕放电 

    路的具体措施时,应结合线路的实际情况,有选择地使用,从而收到有效降低线路雷击跳闸率的目的。

    1、由于送电线路的各种防雷措施的防雷效果各不相同,因此,对于送电线路的雷害事故必须采用综合治理的方法进行治理,从而达到降低送电线路雷害事故的目的,保证送电线路在雷雨季节的安全运行。

    2、对于一般地区(雷暴日小于40日地区)根据规程规定,采用架设避雷线和降低杆塔接地电阻这两种防雷措施,并投入线路自动重合装置,可以收到较好的防雷效果。

    3、实际运行经验表明,山区线路与平原线路相比,山区线路由于地形上的差异、地表倾角的存在和有效高度的增加,因此山区线路的绕击事故率远远高于规程的规定值,这也是山区线路事故率增加的主要原因。

    4、在杆塔顶安装多针系统是一种简便、经济和实效的防雷措施,是由送电线路一线运行管理人员根据运行经验总结得出的,是一项有效的送电线路防雷措施,特别对防止山区送电线路的雷害事故有十分明显的效果。

    5、从雷击杆塔的模式分析,雷击过程中起作用的是空间放电通道和杆塔本身的波阻抗以及杆塔的复合暂态阻抗(不是塔基的工频接地电阻)。绕击则完全与杆塔的接地电阻无关,而决定于导线的几何尺寸、布置和导线的波阻抗。

    6、对具体线路的防雷综合治理,应根据详细的雷击线路的统计资料(最好是一个雷电活动周期),结合沿线的地形、地貌、地质情况,进行综合分析,从而找到该线路的雷电多发区、易击区(点),然后采取有针对性的措施,才能收到较好的防雷效果。

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