配电网雷电防护技术与应用

发表时间:2021/6/29   来源:《基层建设》2021年第9期   作者:梁涛
[导读]
        国网山东省电力公司德州市陵城区供电公司  山东德州  253500
        一、配电网雷电防护工作概况
        在雷雨季节里,常会出现强烈的光和声,这就是人们常见的雷电。雷电是一种大气中放电的现象,虽然放电作用时间短,但放电时产生数万伏至数十万伏冲击电压,放电电流可达几十到几十万安培,电弧温度也可达几千度以上。
        (一)雷电对配电线路的影响
        对于配电线路来说,雷电造成的安全危害很大,经常会使导线断线、绝缘子闪络情况,山区等交通不方便的地区尤其严给巡视、排难度。现阶段,雷击导致得配电线路故障分为2类:一类雷电的二次作用,即雷电流产生的静电感应和电磁感应,引起线路感应过电压,另一类是直击雷击在配电线路上产生得热效应作用和电动力作用,引起得雷击过电压。感应过电压是指雷击线路附近的大地,由于电磁感应而在导线上产生的过电压,而直击雷导致的过电压则是指雷击直接击中线路的某一部位,使线路导线上出现过电压。直击雷导致得过电压对电力系统得危害最大,是引起配电线路跳闸得主要原因。
        (二)雷电对配电设备危害
        在遭受雷击时,配电线路中的绝缘子、跌落式熔断器、柱上开关类设备的因雷击过电压引起的爆炸,进而造成配电线路发生故障。线路绝缘子作为线路最主要的绝缘隔离设备,其能否正常运行决定了配电线路的安全。线路柱上开关、跌落式熔断器是配电线路上主要的开关、隔离设备,因设备本体绝缘程度的差异,对于雷击耐受力也不同,雷击造成开关设备内部短路引发爆炸,跌落式熔断器熔管炸裂或触头接触面放电现象时有发生。
        现阶段,随着供电可靠性要求越来越高,线路停电检修周期不断增加,在10千伏配电线路长时间运行的情下,如果没有定期地对绝缘子、跌落式熔断器、柱上开关类设备进行检测、维修或者更换,一旦线路设备出现了老化的现象,雷击过电压在整个配电线路的绝缘水平不足处就会引起配电设备故障,进而增加了雷害事故的发生概率。
        (三)雷击断线和线路故障原理分析
        1、电弧放电规律。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。雷电过电压闪络时,瞬间电弧电流很大,但时间很短。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,电弧中存在的能量突增。
        2、雷击断线的原因当裸导线遭受雷击发生闪络时,工频续流电弧向负荷端移动直至保护动作,裸铝线不会造成严重烧坏。当直击雷或感应雷作用于绝缘导线时,雷电过电压将引起导线绝缘层和绝缘子同时击穿闪络。被击穿的导线绝缘皮会被电弧烧灼出一个针孔。雷电放电过后,接续工频续流的电弧受到周围绝缘层的阻凝,电弧弧根无法移动,会固定在针孔上燃烧。弧根温度一千多度,铝导线熔点仅为600多度,导线瞬间齐整的烧断(电动力、涨力辅助作用)。
        3、架空裸导的断线率低但跳闸事故频繁。短路电流会沿导线寻找绝缘最薄弱的绝缘子,在其沿面放电形成闪络,最后工频电弧向绝缘子连接铁件导通,形成短路通道,短路电流引发线路跳闸事故。
        二、配电网防雷保护措施
        现阶段,我国电力企业形成了一套比较有效可行的配电线路防雷方法,常用的防雷方法有对接地电阻进行降低、架设避雷线、安装自动重合闸等,在日常管理中防雷击的关键是预防雷击跳闸事故。
        (一)配电线路雷电防护主要特点
        1、配电线路及设备数量多、地域分布广、绝缘水平低,过电压的倍数高、极易发生雷害和损坏设备。
        2、架空配电线路大都是水泥杆、铁横担、无避雷线结构,直击和感应雷都会引起绝缘子闪络,造成相间短路并跳闸,有时还会发生断线。一般配电线路采用比额定电压高一个电压等级的绝缘子或瓷横担,并广泛采用重合闸。
        3、配电线路上的设备分散安装,防护等级复杂,随着线路自动化水平不断提高,线路分段、分界开关数量逐渐增加,给线路防雷接地工作增加了难度。
        4、地处开阔区域配电线路遭受直击雷概率增大,而附近有建筑物、构筑物或树木屏蔽,直击雷概率降低,遭受感应过电压概率增大。


        5、配电设备的绝缘水平低于线路绝缘水平,需要台台有防护,特别是配电变压器存在正、逆变换过电压,装设避雷器需要“三点共地”或”四点共地”。
        6、线路绝缘化水平不断提高,新建或改造线路绝缘化导线使用率趋近于100%,受绝缘特性限制,配电导线雷击断线问题逐渐凸显。
        (二)配电网防雷保护原则
        1、基本原则--简单可靠,技术经济。最大限度减少线路雷击掉闸率,避免永久故障,提高供电可靠性。
        2、尽力减少雷击断线、绝缘子雷击损坏,多相短路接地,同杆架设线路多回同时跳闸,减少配电变压器等柱上设备雷击损坏故障。
        3、采取合理的绝缘配置和适当的防雷措施,应能耐受绝大多数雷电感应过电压和部分直接雷过电压。
        4、不同线路的设计、运行条件不同,应根据实际情况和防雷经验,采取疏堵结合、差异化措施,提高防雷针对性。
        (三)配电网防雷保护措施
        雷电活动具有季节性的特点,所以要掌握当地雷电的活动规律,根据规律来采取有效的防雷措施。下面介绍一下常用的有效防雷措施。
        1、架设架空避雷线:利用架空避雷线的屏蔽作用来保护输电线路,是一种传统的有效方法。主要是防止雷电直击导线,此外,对雷电流有分流作用,减少流入杆塔的雷电流,使塔顶电位下降;但配电线路走向多变,分布范围广,线路数量庞大,架设避雷线成本较高,且覆盖面受限制。
        2、安装避雷器:避雷器是防止雷电过电压侵袭配电和其他电气设备的保护装置。避雷器安装在被保护设备的引入端,其上端接在架空输电线路上,下端接地。可以有效地截断工频续流,限制雷过电压和配电线路的感应过电压。避雷器放电时泄放雷击负荷,且又很快能恢复绝缘,线路不会跳闸,但要保证泄放必须保证接地电阻尽可能小。避雷器保护范围小,安装要求高,且需要定期试验检测,多用于柱上断路器、电缆、配电变压器等线路重要设备。
        3、安装线路过电压保护器:线路过电压保护器的作用是在雷击架空线路时,将雷电流引向保护器,并切断工频续流,避免过电压保护器。适用于配电6kV、10kV绝缘导线,设备的引弧叉通过螺栓与绝缘子上端金具紧密相连,另一端为放电端,与安装在绝缘子下端金具上的接地电极形成一个放电间隙。只有超过规定雷电过电压出现时,引弧叉与接地电极的间隙才能被击穿,形成短路通道。
        4、使用穿刺式防弧金具:其原理为将该金具安装在线路绝缘子附近负荷一侧的绝缘导线上,当雷电过电压超过一定数值时,当雷电过电压超过一定数值时,在防弧金具的穿刺电极和接地电极之间引起闪络,形成短路通道,接续的工频电弧便在防弧金具上燃烧,保护绝缘导线免于烧伤。
        5、使用防雷绝缘子。防雷支柱绝缘子是一种新型组合式结构的防弧绝缘子,其主要由绝缘护罩、压紧螺母、复合绝缘子、引弧棒、绝缘套管和下金属脚等组成,引弧棒和上金属帽装配连接成一体,当雷击发生时,引弧棒和下金属脚之间放电,使续流工频电弧移动到引弧棒上烧灼,从而保护绝缘导线不受损伤。
        三、防雷接地系统
        在多数防雷保护设备中,配套的接地系统是一切防雷措施的基础。避雷技术中接地是非常重要的,无论是直击雷,感应雷或者是其他雷电形式,都是将雷电流送入大地。要进行可靠的避雷,就必须有合理的接地装置;如果接地电阻小,那么雷流散发的越快,雷击的物体受到的高电位就可以保持较短的时间,产生的危害较小,故对于接地系统中的接触电阻不能忽视。须掌握正确的测量方法,才能保证接地系统的完好性。
        一般线路在架设在荒坡野外,经常受到气候、地形以及环境的影响,接地网会受到外界的影响发生锈蚀和破坏,要定期对接地网进行检测,根据检测到的结果进行及时的改造,要保证地网正常运行。
        线路接地装置的日常维修维护:
        1、在日常线路巡视过程中,巡视人员要定期对杆塔的接地电阻和土层的电阻率进行测量,对接地装置进行检查,确保接地装置电阻满足运行要求。
        2、要根据不同地区的地形、地质、土壤情况,选择采取接地体的形式,可以采用垂直、形式以及水平复合的接地体形式,各个季节的接地电阻要保证合格。防雷重点设备和配电台架要严格按照典型设计标准设置接地网,确保防雷效果和设备正常运行。
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