220kV输电线路防雷接地技术研究 陈柏霖

发表时间:2018/6/5   来源:《电力设备》2018年第2期   作者:陈柏霖
[导读] 摘要:对防雷接地技术是输电线路防雷措施实现的关键.结合福建省输电线路防雷技术的特点,分析了接地电阻值对输电线路防雷的影响.提出了提高防雷接地技术水平及降低防雷接地电阻的具体措施,在工程应用上有较强的推广价值。

        (广东电网有限责任公司湛江供电局  广东湛江  524000)
        摘要:对防雷接地技术是输电线路防雷措施实现的关键.结合福建省输电线路防雷技术的特点,分析了接地电阻值对输电线路防雷的影响.提出了提高防雷接地技术水平及降低防雷接地电阻的具体措施,在工程应用上有较强的推广价值。
        关键词:输电线路;耐雷水平;土壤电阻率;接地技术;
        1 引言
        随着经济的发展,对输电线路供电可靠性要求更高,且伴随着电网的发展,雷击输电线路引起的跳闸、停电事故也日益增多。据电网故障分类统计表明,我国跳闸率较高的地区,高压线路运行的总跳闸次数中由于雷击的事故次数约占50%~70%,尤其在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的山区,雷击输电线路引起的事故率更高,对电网安全运行威胁巨大,损失惨重。某省公司2017年三季度输电线路因雷击跳闸98次,其中500 kV线路跳闸8次、220 kV线路跳闸39次、110 kV线路跳闸51次,较2007年三季度雷击跳闸增加44次。耐雷水平和雷击跳闸率是衡量输电线路防雷性能优劣的重要指标。输电线路的杆塔耐雷水平应达到其进线段耐雷水平的2/3以上,因此接地电阻值亦应保持相对较低水平。
        220 kV线路进线段耐雷水平1lO kA,一般线段75kA以上;110 kV线路进线段耐雷水平75 kA,一般线段40 kA以上。
        为确保输电线路防雷设施可靠,每根杆塔一般均敷设接地装置并与地线牢靠连接,以使击中地线或塔顶的雷电流通过较低的接地电阻泄人大地。而降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率、减少雷害事故最有效最经济的方法。因此,接地电阻值是衡量接地效果的主要参数。本文以福建省输电线路防雷技术特点为例,分析了接地电阻值对输电防雷的影响,并提出降低接地电阻值的具体措施,供借鉴。
        2接地电阻值对输电线路防雷影响
        在双地线保护下,要达至较满意的耐雷水平,110~500 kV线路进线段的接地电阻均应控制于5~10欧姆,一般线段控制于5~20 欧姆,尤其220 kV线路对接地电阻要求更高,否则线路难以达到基本的耐雷水平。对单地线的输电线路,由于架空地线的耦合系数偏小,在同样接地电阻下,耐雷水平约低25%,即使确接地电阻要求,也不易满足所需的耐雷水平。显然接地电阻的大小均是影响输电线路耐雷水平的关键因素。因此,必须改进接地装置并尽可能降低接地电阻。
        表1 输电线路耐管水平与接地电阻的关系


        3 影响接地装置因素
        输电线路的防雷接地装置是输电线路重要组成部分,是接地体与接地引下线总称。接地电阻指接地体散流电阻、接地引下线电阻和接触电阻的总和,其作用是确保雷电流可靠泄人大地、保护线路设备绝缘、减少线路雷击跳闸、提高运行可靠性和避免跨步电压产生的人身伤害。接地装置由自然接地体和人工接地装置组成,前者接地电阻不能满足要求,需装设人工接地装置。接地装置冲击特性与其结构尺寸、土壤电阻率、接地装置的埋深及雷电流参数有关。不同土壤电阻率接地射线长度与接地电阻值的对应关系。当电阻<500 欧姆•m时,土壤导电性较好,随P的增加,冲击接地电阻增加很快,基本呈线性关系;当电阻为1000欧姆时,接地电阻降低就存在难度,若将电阻降至5欧姆,就必须采用770m长的射线;当电阻为2000 欧姆时,接地电阻仅能控制于10~20 欧姆,再降低难度更大。因此,仅能通过改进其他参数增强耐雷水平。
        输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。其中雷击跳闸率通常是假定在每年40个雷电同的情况下,每百公里线路每年因雷害而可能跳闸的次数,它可用来衡量不同设计方案的相对优劣,并不能代表线路实际运行中真实运行情况。
        由于平等导线之间存在着互感和线间电容,因此一旦在避雷线上出现电压行波时,在相导线上就要祸合出一个相应的电压。真正作用在绝缘子的电压是二者之差,即电压降,耦合系数K通常约在0.2左右。耦合作用使绝缘所受到的电压低于塔顶电位U。耦合系数在不考虑电晕的情况下,可根据导线的几何尺寸算出,又可称为几何耦合系数。
        雷电流可以根据公式计算,从而可算出塔顶电位,雷电压再乘上一个考虑耦合的系数(1一K),就是实际作用于导线绝缘上的电压。如果它超过绝缘子的50%闪络电压,就可以认为要造成闪络,雷电对线路放电引起绝缘闪络时的雷电流临界值,称作线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高,线路绝缘发生闪络的机会就愈小。但是,当雷电流超过线路的耐雷水平时,虽然会导致一次雷电闪络,却并不一定意味着一次故障。这时候,雷电流沿击穿通道入地,但时间只有几十微秒,线路开关来不及动作。只要在雷电过程迅速消逝后,在闪络点不随之建立工频电弧,就仍然可以照常供电。只有当沿击穿通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧,引起相间短路线路才会跳闸停电。
        4 结语
        220 kV以下输电线路应侧重于改进接地装置,220kV等级输电线路可考虑接地与避雷措施的综合运用。通过有效改进接地装置后,雷击跳闸率的降幅可达25%~30%,接地装置较恶劣的线路也可达30%~50%。对植被和表土普遍良好的高塔线路,应使用斜拉分流线;对植被和表土普遍不良的线路,应增加射线长度、增加埋设深度及加装垂直接地极等。改善输电线路防雷须从设计、施工、验收、检测、维护检修、改进等一系列环节上解决输电线路的防雷接地技术。
        5 案例分析
        江西属于雷电多发地区,特别是近几年来,雷电活动呈现明显的增长趋势。2010-2017年,江西省境内平均雷暴日(58.74)高于国网公司的平均值(34.34)。雷电活动对电网的安全运行带来严重影响,据统计,江西电网220千伏及以上线路雷击跳闸次数占线路总跳闸次数的33%。
        江西省电力公司高度重视电网防雷技术工作。近年来,通过采取加强线路绝缘、降低杆塔接地电阻、改善杆塔导通、装设负角保护针和可控放电避雷针等防雷措施,有效提高了输电线路的耐雷水平,220千伏线路雷击跳闸率呈下降趋势。2017年,220千伏线路平均雷击跳闸率降至0.287,在国网公司控制范围之内。
        2017年,江西公司重点开展了江西电网防雷技术研究,并形成了专题研究报告。研究得出结论,雷击跳闸率不仅与雷暴日、落雷密度有关,而且还与输电线路走廊所处的地形地貌以及杆塔所处的实际地理位置有密切关系,江西电网220千伏及以上线路雷击跳闸主要以绕击为主,防绕击是220千伏及以上线路防雷的主要工作。针对这一研究结果,江西公司将在今年继续开展电网防雷技术深化研究,重点研究线路防绕击,对典型地区、典型线段实施针对性的防雷措施。
        6 结论
        从各项实际统计数据来看,雷击输电线路的危害在短路电流对通信信号电缆的电磁影响达到某种程度后会直接影响到电力系统中的各项设备,从而危及供电系统的稳定性与安全性。为了避免输电线路受到破坏,积极学习先进的防雷技术。线路发生雷击跳阒的原因是多方面的,以上防雷措施不一定都能奏效。因此在选择线路防雷措施前必须首先认真查明线路遭受雷击的原因.再对症下药,采取一些有针对性的措施。防雷工作才能起到实效。线路雷击跳闸率才有可能从根本上得到控制。
        参考文献:
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