10k V架空绝缘导线雷击事故的技术分析及防止措施

1.郑州先锋电气有限责任公司 张宏杰 赵云峰 2.郑州隆四方电力设计有限公司 张丽洁

10k V架空绝缘导线雷击事故的技术分析及防止措施

1.郑州先锋电气有限责任公司 张宏杰 赵云峰 2.郑州隆四方电力设计有限公司 张丽洁

本文对防止配电线路架空绝缘导线雷击断线的技术措施和装置进行可靠性和经济性比较,提出在巩义市配电线路上应用线路过电压保护器,可以有效防止架空绝缘线发生雷击断线、绝缘子击穿事故和降低雷击导致线路开关跳闸的概率,且安装方便、技术经济性较好。

绝缘配电线路雷击事故防雷技术过电压保护器

目前巩义市供电公司10kV架空配电线路上,已广泛地应用了绝缘导线。可以说,配电网架空导线的绝缘化,已是一项成熟的技术。但是近年来绝缘线路发生雷击断线和绝缘子击穿事故的统计数量呈不断上升趋势,并随着绝缘导线线路长度增加而急剧上升,已成为严重威胁配电网线路安全运行的主要根源。

一、雷击断线与跳闸机理

1.电弧放电规律。(1)配电网雷电过电压闪络,亦即大气压或高于大气压中大电流放电,为电弧放电形式。(2)雷电过电压闪络时,瞬间电弧电流很大、但时间很短。(3)当雷电过电压闪络,特别是在两相或三相(不一定是在同一电杆上)之间闪络而形成金属性短路通道,引起数千安培工频续流,电弧能量将骤增。

2.架空绝缘导线断线。当雷击架空绝缘线路产生巨大雷电过电压,当它超过导线绝缘层的耐压水平时(一般大于139KV)就会沿导线寻找电场最薄弱点将导线的绝缘层击穿(通常在绝缘子两端30公分范围内),形成针孔大小的击穿点,然后对绝缘子沿面放电形成闪络,最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道,工频电弧固定在一点燃烧后熔断导线。

3.架空裸导线的断线率低但跳闸事故频繁。当雷击架空裸导线产生巨大雷电过电压时,就会沿导线寻找电场最薄弱点的绝缘子沿面放电形成闪络,最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道,引发线路跳闸事故。

二、防止雷击断线与跳闸事故的技术措施

1.架空避雷线。在空旷地区同杆架设架空避雷线对配电架空绝缘线路进行屏蔽保护,架空绝缘线上的感应电压将降低(1-k)倍,k为避雷线与导线之间的耦合系数乘以冲击系数。缺点:(1)投资成本大。(2)雷击架空避雷线后容易造成反击闪络,仍然可能引发工频续流熔断绝缘导线。

2.氧化锌避雷器。随着氧化锌阀片的技术性能提高,氧化锌避雷器优良的保护性能已被人们接受,近年来广泛地应用于电气设备过电压保护。缺点:(1)保护范围较小,只能够保护附近的电气设备免受雷害。(2)长期承受运行电压,加速了电阻片的劣化而损坏。(3)在消弧线圈接地系统中,如果发生避雷器击穿,将会造成长接地。

3.放电绝缘子。也称钳位绝缘子。即在绝缘导线固定处剥离绝缘层,加装特殊设计的金属线夹。当雷电闪络引发工频续流时,工频续流在该金属线夹上燃弧直至线路跳闸以熄灭工频续流,从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。缺点:安装时必须破开绝缘层,可能导致导线进水,引起导线严重电化学腐蚀。

4.限流消弧角。该装置利用放电线夹刺穿绝缘导线的绝缘层,形成对氧化锌限流元件的尖端放电间隙,当线路出现雷电过电压时,尖端间隙首先放电,雷电流经氧化锌限流元件释放,而工频续流则被氧化锌限流元件截断,从而防止架空绝缘线路雷击断线事故的发生。缺点:保护范围小;安装时必须破开绝缘层,可能导致导线进水,引起导线严重电化学腐蚀。

5.保护间隙。保护间隙将电弧拉长,使电网电压不能维持电弧燃烧,是一种最简单的灭弧装置。缺点: (1)间隙不能切断雷电流之后的工频短路电流,必须借助于自动重合闸配合来切断电弧。(2)间隙电压扰动将影响电能质量。(3)间隙放电可能导致线圈形式的设备陡波击穿。

6.架空线路过电压保护器。架空线路过电压保护器采用限流消弧角的工作原理,它是由非线性电阻限流元件(氧化锌阀片)串联放电间隙组成,安装在线路绝缘子上。简单的说它的灭弧原理是通过与绝缘子串联间隙的引流环、氧化锌非线性电阻限流元件的合理配合,在雷电过电压的作用下通流动作,释放雷电过电压能量,有效限制雷电过电压。线路过电压保护器的优缺点:缺点:(1)投资较大;(2)杆上设备数量增加; (3)需要安装接地装置。优点:(1)安装方便,不需更换绝缘子,也不需更改原有线路设计;(2)它的灭弧原理是通过限流元件快速切断工频续流,有效限制雷电过电压,不需断路器跳闸灭弧,不会造成供电中断或影响供电质量;(3)不需破开导线绝缘层,无需解决导线密封防水问题,不会影响导线机械拉伸性能和使用寿命; (4)不承受工频电压,线路损耗低,使用寿命长免维护; (5)串联间隙的隔离效果可避免故障时形成单相死接地,也不影响线路的安全运行。

三、线路过电压保护器的应用效果

在2006年,巩义市供电公司选择在大峪沟红旗二矿架空线路中试用雷泰电力的绝缘线路过电压保护器,一年未发生雷击断线事故,之后在110kV杜沟变电站双回路10kV架空出线、110kV桑林变电站4回路10kV架空出线、110kV凯旋变电站4回路10kV架空出线、110kV康站园区变电站5回路10kV架空出线、110kV官庄变电站1回路10kV架空绝缘出线、邢村矿10kV架空线路、巩义市福朝高新有限公司10kV架空线路、涉村上庄矿双回路10kV架空线路,大峪沟矿综合井10kV架空线路中广泛采用绝缘线路过电压保护器,取得显著效果,有效的减少雷击事故的发生,提高供电可靠性。

四、结论

巩义供电公司在架空绝缘线路上应用线路过电压保护器的运行结果表明:应用线路过电压保护器能够有效截断工频续流、限制雷电过电压;保护器动作时,工频续流立即中断,断路器不跳闸,供电不会中断;不承受工频电压,免维护。线路过电压保护器可以有效防止架空绝缘导线发生雷击断线事故和降低雷击导致线路开关跳闸概率,并且安装方便,技术经济性较好。对于10kV系统,建议安装密度控制在200m～300m之间,并要求电杆接地电阻不大于10欧,与1kV以下设备共用的接地装置接地电阻不大于4欧。雷雨期后,应对安装有线路过电压保护器的线路进行巡视,发现线路过电压保护器出现异常情况应当及时更换。

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