110kV架空输电线路综合防雷技术实践应用的探索

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/12/13来源:《防护工程》2019年16期文/刘随成
[导读]110kV架空输电线路在杆塔接地层面需要注重防护措施,因为它直接影响到了电力系统的安全稳定运行。本文就主要介绍了110kV架空输电线路的综合防雷技术,从侧向避雷针技术、并联间隙技术以及人工接地电阻技术性设计等方面进行应用性探索,从而进一步去减少因杆塔接地不良而引发的输电线路雷击跳闸事故的发生。

刘随成
        临汾供电公司  山西省临汾市  041000
        摘要:110kV架空输电线路在杆塔接地层面需要注重防护措施,因为它直接影响到了电力系统的安全稳定运行。本文就主要介绍了110kV架空输电线路的综合防雷技术,从侧向避雷针技术、并联间隙技术以及人工接地电阻技术性设计等方面进行应用性探索,从而进一步去减少因杆塔接地不良而引发的输电线路雷击跳闸事故的发生。
        关键词:架空输电线路;防雷技术;应用探索;雷击跳闸
       
       
        若要解决目前110kV输电线路所存在的杆塔接地雷击隐患,就必须采取综合防雷措施。在确定输电线路易击点、易击段以及绝缘子闪络频发区域后,再根据雷击选择性影响因素来区分输电线路的雷击故障类型,最后采取针对性防雷措施。
        一、110kV输电线路综合防雷技术分析
        一般状况下,110kV输电线路中的耦合地线都是雷害事故的多发区域,因为线路上的易击点和易击段特别多,因此需要在导线的下方增设一条接地线,这样就能提高线路的反击耐雷水平,降低雷击跳闸率的高频率发生。本文围绕易击点和易击段概念介绍两种110KV输电线路的防雷技术。
        (一)基于易击点的避雷针防雷技术
        在传统防雷技术中的,利用避雷针的反击防护技术在110kV输电线路雷击防护方面已经做得相当成熟,但绕击防护问题却始终未能得到解决。如果在易击点上加装侧向避雷针,就可以保护杆塔,有效防止绕击事故的发生。
        1   侧向避雷针防绕击的基本原理解读
        按照传统的杆塔防绕击方法来看,首要动作就是调整好避雷线的保护角度。但是在针对运行线路时,仅仅依靠调整避雷线保护角是远远不够的。因为运行中的杆塔针对档距中央很容易发生电场畸变,进而导致了绕击现象的发生,所以有必要采取为杆塔加装侧向避雷针的对策。
        侧向避雷针技术中涵盖了电气几何模型与雷电绕击先导现代输电线路防雷技术理论。它的基本防雷原理有以下3点:第一,针型物比线型物相对更容易产生迎面先导,且迎面先导会主动拦截下行先导,因此侧向避雷针的短针设计可以强化它的引雷能力;第二,在水平方向加装短针能够更有效的吸引和渗透在较低空间中所发生的弱雷绕击现象,大幅降低杆塔的线路绕击率,同时也能避免线路反击状况的发生;第三,在同一档距中的避雷线上,如果在适当间隔距离中装设水平避雷短针,也可以将保护范围延伸到全部档距位置。
        总体而言,侧向避雷针非常适合于杆塔安装,它对雷电绕击导线具有奇效,而且也能高效降低雷击故障跳闸率,这些都对电网安全运行具有重要作用。
        2   侧向避雷针的安装方法
        侧向避雷针主要是针对电力传输线路中容易发生绕击的杆塔而安装的,它的类型属于侧向短针,它所防护的对象就是杆塔侧面避雷线屏蔽失效区所存在的低空雷电先导,实质上它也是对避雷线屏蔽能力不足的一种补充。
        侧向避雷针的传统安装方法为在杆塔的横档两侧110kV输电线路处,采用直径为13~15cm、长度在3m左右的钢筋,保证其固定分长在1.2~1.5m左右,分别在杆塔周围设置3~4个固定点,形成3根导线配合2根避雷线的基本设计格局。以直线型侧向避雷针为例,它的主要构成部分包括了均压球、支撑杆、引雷针尖以及安装翼,如图 1[1]。
        
        图1  侧向避雷针的组成部分及制作框架图
        如图1所示,侧向避雷针的均压球焊接于支撑杆与引雷针尖之间,且支撑杆与安装翼是焊接于一体的,这就证明了侧向避雷针是通过地线连接孔与杆塔的接地线部分形成导通关系的。另外在安装翼的两侧也设计了多个定位孔,它保证了安装翼能够更牢固的固定于横担之上。实际上,根据不同输电线路对避雷针的长度及防雷要求不同,定位孔上的螺栓位置也是可调节的。
        3   侧向避雷针的应用技术要点
        在安装侧向避雷针并应用时,应该对避雷针质量及安装进行充分校验调试,确定它在安装后会对杆塔机械性能产生一定作用,并保证它的安装不会影响到输电线路的常规运行。而对侧面短针的要求则是首先要进行严格的振动试验,确保其拥有足够的防扭转自平衡能力和握力。
        另外,侧针与相导线的绝缘距离也要足够大,其目的就是为了防止雷击侧针所造成的风偏,从而对相导线形成反击。最后,侧针与相导线之间也应该具备足够的绝缘裕度[2]。
        (二)基于易击段的并联间隙技术
        1   基本原理
        因为输电线路中是存在金属电极并联间隙的,而且雷击线路时恰好可以闪络到这一间隙位置,所以为了保证杆塔输电线路中绝缘子串能够免受电弧灼烧,就研究了一种新的输电线路防雷技术,即基于易击段的并联间隙技术。该技术根据线路防雷可调式方法来保护间隙,而且具有手动调制功能。在保护间隙过程中,主要分为瓷绝缘子保护和玻璃绝缘子保护,二者形成并联间隙装置,并配合符合绝缘子一起形成并联间隙装置的整体体系。这一体系的最大特点就是完美避免了输电线路在使用其它间隙时可能出现的由雷击所引起的电晕损耗。同时,当雷击与球型间隙放电共同进行时,电弧就会沿着羊角位置迅速向上移动。虽然此技术会引发自行灭弧现象,但并联间隙却不会被严重灼伤甚至击穿。
        2  具体设计
        并联间隙的技术性能要求很高,一方面它要求能够立刻定位雷电闪络路径,对放电电压水平要求较高;一方面它也希望快速疏导线路工频中的电弧,使其尽快离开绝缘子串,并固定在间隙的高低电极上燃烧。所采用的并联间隙技术电极也能够耐受数次的工频电弧灼烧。
        从总体来看,并联间隙技术的保护间隙构造相对简单,且维护也很方便,但是它的自行灭弧能力相对较差,从类型来看它的间隙结构有棒型、角型和球型3种。其中棒型间隙的伏秒特性相对较陡,不太容易与设备的绝缘性相互配合。而球型间隙在伏秒特性方面表现就相对平坦,保护性能也比较良好,很少出现间隙端头烧伤的事故。考虑到球型间隙在设备发生烧伤后其间隙距离依然保持不变,所以杆塔设备的动作准确性就会得以保证。因此在我国,球型间隙被应用的最多,特别是在输电线路及输电防雷的设计保护方面独具特色。在安装试验中,绝缘子串在放电过程中会存在一定的沿络现象,它起始于电极间隙的某一部分,却不终止于另一电极,使引弧间隙逐渐失去其作用。从科学严谨角度讲,沿络的发生是难以避免的,因为绝缘子串与保护间隙之间的伏秒特性是存在不配合状况的。所以在尝试使用并联间隙技术时,一定要确保电弧两端的弧根不在绝缘子串上,这也同时保证了并联间隙在耐受操作过程中能承受来自于雷击所造成的过电压损害[3]。
        二、杆塔接地电阻的设计安装方法
        杆塔接地电阻在设计时要考虑到110kV输电线路的耐雷水平,尽量降低雷击跳闸率。所以在设计过程中应该考虑降低接地电阻,即降阻,这样就能有效降低雷击对杆塔的伤害。本文提出一种SZJ接地装置,它是一种可以明显降低接地电阻的杆塔接地装置,它是基于WJ型空腹式接地装置的基础上所深入研究并创新开发的新技术,其安全稳定性更高,而且防雷特性更好。
        在设计接地SZJ接地电阻装置时,应该首先考虑接地坑内的回填粘土厚度,大约保证在300~400mm为最佳,回填后立刻夯实。然后将两个钢制半圆筒用螺栓衔接在一起,形成一套可蓄水、渗水和吸水的圆筒形接地导体,立于接地坑中央,四周用粘土夯实。当进入雨水丰润期时,SZJ接地电阻就会进入注水状态,圆筒本身会成为一个供水水源,保持接地体表面与周围土壤长期湿润。而在接地体分别安装两条连接引线并与水平接地网的接地引线相连,就能形成接地连线双回路。它的作用有三:第一,通过接地体周围的回填土壤低电阻率来降接地体周围的接触电阻,达到降低接地电阻,防止雷击的目的;第二,通过接地坑内的回填粘土来增加接地体尺寸,从而使接地电阻显著降低;最后,由于接地体周围土壤可能长期保持湿润状态,这也能够一定程度降低土壤电阻率,从而降低接地电阻,防止雷害[4]。
        总结:
        从文中的描述可以见得,110kV输电线路防雷的关键在于接地线路的易击段、易击点防护性以及接地电阻的合理设计,应该围绕雷击的选择性影响因素来实施有针对性的防雷对策,充分结合理论实践,这也是我国电力系统输电线路在未来建设的技术研究重点。
        参考文献:
        [1]黄松涛.如何提高110kV输电线路防雷水平的相对措施[J].大科技,2015(2):40-40,41.
        [2]炼杰.浅析110kV输电线路防雷的有效设计[J].中国新技术新产品,2014(21):185-185.
        [3]仇炜.贵州110kV石平输电线路综合防雷研究[D].长沙理工大学,2010.52-59.
        [4]向东.降低贵州南中牵110kV输电线路杆塔接地电阻的方法研究[D].重庆大学,2004.8-13.