煤矿6 kV线路防雷技术的研究及其应用研究

薛素琴 岳广义

(1.中平能化集团电务厂,河南省平顶山市,467000;2.中平能化集团建工集团安装处,河南省平顶山市,467000)

1 平顶山矿区电力系统6 kV防雷技术的研究

1.1 线路基本情况

平顶山煤业集团所使用的高压架空线路的电压等级为35～110 kV,矿井的电源线路为6 kV,作为矿区生命线的高压供电线路,电力线路的安全运行对煤矿的安全生产起着重要的作用。平煤集团电务厂负责的30条6 kV线路(包括矿区城市6 kV线路),长44.16 km,除了中平能化集团电务厂所辖的6 kV线路,还有几十条属于各矿维护的6 kV矿井主供线路。

平顶山市地处北温带和亚热带的过渡地带,据1961-2005年的气象资料统计,雷暴日平均每年13.8 d,年平均雷电日这一数字只能给人们提供概略的情况。据统计平顶山煤业集团在1995-2003年因雷击跳闸的次数为27次。

1.2 6 kV线路典型的杆塔的建立

根据中平能化集团煤矿现有的6 kV线路的杆塔形式,根据气象条件、绝缘子片数确定线路最大允许使用档距;根据导线与避雷线的水平偏差距离、避雷线对导线的保护角确定避雷线支架的高度。然后确定杆塔头部导线与避雷线布置尺寸。

6 kV线路采用架设避雷线可有效地防御雷电的侵害。通过对新设计的6 kV煤矿主要供电线路进行建设或对原有的6 kV线路进行改造,再对杆塔防雷结构进行计算,符合要求后,投入现场实施。本文以6 kV直线П型杆为例,6 kV线路典型防雷杆塔如图1所示。新建线路设计经校验符合要求后可采用;对于原有的6 kV线路,需增加避雷线支架。

图1 6 kV线路典型防雷杆塔

2 6 kV线路典型的杆塔的校验

(1)避雷线与导线在档距中最小安全距离的校验,根据规程SDJ3-79推荐的经验公式:

式中:S——档距中央导线与避雷线间的最小安全距离,m;

l——档距长度,m。

取l=100 m,则S=2.2 m。为了减少避雷线架设后对原杆塔影响,避雷线放线弧垂平行或大于导线弧垂,故在杆塔处避雷线与导线垂直距离取2.4 m。

(2)避雷线水平距离的校验,当导线水平排列时,要求杆塔两根避雷线的水平距离不应超过避雷线和导线间垂直距离的5倍,即

式中:λB——避雷线悬挂金具长度,m;

λD——导线悬挂金具长度,m;

ΔhB——避雷线支架高度,m。

取ΔhB=1.8 m,λB=0.14 m,λD=0.75 m,则DB=5.95 m,DB>2.3 m。

(3)避雷线对导线的保护角的校验,为了保证避雷线对导线的防雷保护作用,杆塔上避雷线对边导线的保护角一般采用20～30°。保护角α可按下式计算:

式中:DP——导线与避雷线的水平距离,m。

取DP=0.65 m,λB=0.75 m,λD=0.15 m,ΔhB=1.9 m,则α=16°。经过以上的计算,杆塔的防雷结构设计符合规范的要求。

3 6 kV线路耐张塔的防雷计算与分析

3.1 计算模型

根据设计的平顶山煤业集团6 kV架空线路直线塔、避雷线、导线和绝缘子的实际尺寸,进行感应雷三维仿真计算,计算模型如图2所示。

图2 6 kV线路耐张塔的计算

3.2 计算结果

(1)雷击点距杆塔6 m时的计算结果,如图3和图4所示。

(2)雷击点距杆塔8 m时的计算结果,如图5和图6所示。

(4)雷击点处于不同位置时,耐张塔右侧绝缘子上的感应电压如表1所示。

表1 耐张塔右侧绝缘子上的感应电压V

图8 6 kV线路右侧雷击点距杆塔10 m时绝缘子附近的电位分布图

(5)雷击点处于不同位置时,耐张塔绝缘子承受的电压曲线如图9所示。

图9 不同位置雷击时,耐张塔绝缘子承受电压曲线

从计算结果看,当雷击点处于不同位置时,耐张塔绝缘子上承受的电压不同。当雷击点距杆塔6 m时,杆塔侧绝缘子上的感应过电压为22614 V;当雷击点距杆塔8 m时,杆塔侧绝缘子上的感应过电压降低了22%;当雷击点距杆塔10 m时,杆塔侧绝缘子上的感应过电压降低了43%。

自2007年至今,通过在中平能化集团矿区新建和改造的几十条6 kV线路上的统计结果分析,雷击跳闸事故大大减少,这说明该项目的研究在平煤矿区6 kV线路上的应用效果显著,使研究技术转变为了现实的生产力,不仅减少了线路遭雷击跳闸事故的发生,而且确保了煤矿的安全生产。经过几个雷雨季节的运行,运行良好。现已在矿区的6 kV线路上全面推广,全面提高6 kV线路的耐雷水平,减少线路跳闸事故的发生,确保煤矿6 kV的供电线路的供电安全。