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110KV高压输电线路的防雷保护

2021-03-26 来源:帮我找美食网
110KV高压输电线路的防雷保护

2005年第10期(总第84期)

井红卫

(陕西商洛供电局,陕西 商洛 726000)

[摘 要]文章结合我区110kv高压输电线路的雷害情况,通过对雷击线路的危害及线路雷击跳闸的两种主要表现形式的特点进行了介绍和分析,并结合多年运行实践经验提出了防范保护措施。 [关键词]高压输电线路;雷击跳闸分析;保护措施

[中图分类号] TM72 [文献标识码] A [文章编号] 1008-1151(2005)10-0102-03

[收稿日期]2005-07-29

1引 言

我区110KV线路多分布于秦岭山区、山势陡峭、沟壑纵横,线路所经地区,小部分为丘陵,大部分为长满树木及灌木丛的山地或高山,地形起伏变化较大,地质复杂,天气多变,为典型的西北Ⅰ级气象区,年平均雷暴日32天,线路架设双避雷线保护。近年来,根据故障分类统计,线路因雷击而引起的事故日益增多,对线路的安全运行造成了严重威胁,有部分110KV线路又是跨境线路,每次事故巡视不但浪费了巨大的人力、物力而且加大了运行维护人员的劳动强度,由此线路的防雷保护成了运行维护的重中之重,防雷保护迫在眉睫。 2雷电对输电线路的危害

雷电对输电线路安全运行危害极大,常常造成绝缘子闪络事故,特别在山区、交通不便的地区,给巡视、查找故障增加不少困难。我区因特殊的地理位置,雷电时常伴有瞬间大风与急雨,极大的风速常常造成高大树木倒落导线上、输电线振动、横向碰击和倒杆断线的发生。如对这些现象处理不及时的话,就会造成电力事故,严重时会危机人们生命财产的安全。 3线路雷击跳闸的两种主要表现形式

一种是直击雷,是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷威力巨大,雷电压可达几万伏至几百万伏,瞬间电流可达十几万安,在雷电通路上,物体会被高温烧伤甚至融化。直击雷多为击于塔顶及塔顶附近的避雷线,一般造成该塔一相或多相瓷瓶闪络。 另一种是绕击雷,是绕过避雷线击于导线上,绕击雷多发生在大跨越档和线路周围空旷地区。一般造成边相瓷瓶串闪络,该边相应该是迎着雷云走向的一侧,有时因雷电流较大,雷绕击导线后雷电流沿导线两侧传递,也会造成该档相邻的杆塔同相瓷瓶串闪络,当较大的雷电流绕击在靠一侧杆塔的导线上时,造成该塔的瓷瓶串闪络,同时由于雷电流大,在通过杆塔入地时造成塔顶电位高,同样可以引起反击,造成其它相瓷瓶闪络。

4线路雷击跳闸分析 4.1雷电参数 4.1.1雷电日:每年发生雷暴日的天数。陕南、陕北雷暴日为30~40天。 4.1.2雷电流幅值:单位KA,可以用磁钢棒,雷电定位系数测到。下面公式是新杭线近20年测试结果回归计算得出的,现已确认为我国的雷电流分布概率。 雷电流幅值概率:雷电流幅值超过I的概率P可由下式表示:IgP= -I/88式中:p—雷电流幅值概率;I—雷电流幅值,KA。 当平均年雷暴日在20及以下的地区,雷电流幅值较小,可由下式求得:IgP= -I/44 下表给出不同雷电流幅值下,超过该值的概率: I(KA) 120 >20雷电日的P 0.043 ≤20雷电日的0.002 P 4.1.3线路雷击次数 88 0.1 0.01 66 0.178 0.032 44 0.316 0.1 22 0.562 0.316 11 0.750 0.562 5.5 0.866 0.750 对高度小于、等于20米的线路,每年每百公里的雷击次数 N=r×10h/1000×100×T次/百公里.年 式中T:每年平均雷电日;h:输电线路高度(m);r:落雷密度,为每平方公里雷电日对地落雷次数。 对20米高线路,在每年30雷电日地区,每百公里落雷次数为9次。 对高度大于20米的线路,每年每百公里雷击次数为: N=r×(2R+W)/1000×100×T次/百公里.年 =0.1 r×(2R+W)T 式中W:为双避雷线间距离;R:吸引半径,R=16.3h0.61(m)。 对于30米高线路,在每年30雷电日地区,每百公里落雷次数为11.7次。 根据新标准,按40雷暴日计,每年每百公里落雷次数为:N=0.28(b+4h) 式中b为架空地线间距离;h为输电线路高度(m)。 对20米高线路,在每年40雷电日地区,每百公里落雷次数为22.4次。 对30米高线路,在每年40雷电日地区,每百公里落雷次数为33.6次。 4.2 雷电过电压 设计和运行中应考虑直接雷击\\雷电反击和感应雷电过电压对电器设备的危害,架空线路上的雷电过电压: 4.2.1感应雷电过电压

距架空线路S>65m处,雷云对地放电时,线路上产生的感应过电压按下式计算:Ui≈25×I.hc/S

式中Ui为雷击大地时感应过电压最大值KV;hc为导线平均高度m;I雷电流幅值KA;S为雷击点与线路的距离m。

线路上的感应过电压为随机变量,其最大值可达300~400KV,一般仅对35KV及以下线路的绝缘有一定威胁。(35KV设备雷电耐受水平为185~200KV,110KV设备雷电耐受水平为450~550KV)

4.2.2雷击架空线路导线产生的直击雷过电压可按下式计算:Us≈100.I 式中Us为雷击点过电压最大值KV;I为雷电流幅值KA。

雷击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络,架空避雷线可有效地减小雷直击导线。

因雷击架空线路的塔顶及附近的避雷线形成作用于线路绝缘的反击过电压,其反击过电压与雷电参数、杆塔形式、高度和接地装置电阻值有关。运行经验证明,雷击档距中间的避雷线时,发生线路跳闸的情况是极为罕见的,可不予考虑。 4.3 有避雷线的线路雷击跳闸率的确定 4.3.1在下列情况下线路将要跳闸 雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧;

雷击绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧。 4.3.2耐雷水平的确定

雷绕击导线时的耐雷水平:I2=4.U50%/=U50%/100

式中U50%是绝缘子串的50%冲击放电电压;Z是雷击导线处的波阻抗约为400Ω;4是雷击点左右两侧导线波阻并联和雷击到波阻为Z/2的导线上其阻抗近似等于雷电通道波阻ZO时的雷电流比雷击零欧时减半而构成的。 雷绕击导线时的耐雷水平如下:

110KV线路杆塔每串瓷瓶为7×X—4.5时耐雷水平为7KA。

一旦有超过上述耐雷水平的雷电绕击与导线都会出现瓷瓶串闪络,跟随而来的工频续流建立电弧,造成线路跳闸。所以防止雷直击导线一般采用架设单双避雷线、架设与导线平行的耦合地线等措施。 雷击塔顶时的耐雷水平:

雷击杆塔顶部时,有雷电流通过杆塔,在塔顶产生电位Utd,空中迅速变化的电磁场在导线上感应一相反符号的感应过电压Ug。 Ug=ahd

式中a为感应系数,为雷电流陡度取I/2.6;hd为导线平均高度。 有避雷线的杆塔,绝缘承受的电压瞬时值为: Uj=(Utd+Ug)(I-K) (1)

式中K为避雷线与导线间的耦合系数。 雷击塔顶时,杆塔顶部电位最大值为: Utd=β(IRch+aIgt)

将Ug 、Utd代入式(1)得出杆塔上绝缘承受的过电压最大值:Uj=[β(IRch+aIgt)+ ahd] (I-K)

式中β为杆塔的分流系数,110KV双避雷线为0.88;Rch为杆塔冲击接地电阻;Igt为杆塔电感,铁塔为0.5μH/m、无拉线钢筋混凝土双杆为0.42μH/m。

当Uj大于绝缘子串的50%冲击放电电压,将发生闪络。取Uj= U50%,可求出杆塔顶部耐雷水平: I1= U50%/(I-K)[ β(Rch+Igt/2.6)+hd/2.6] 当雷电流大于I1时,雷击杆塔顶部绝缘子将发生闪络。

从上面公式可见要提高杆塔耐雷水平,可以增加绝缘子片数U50%放电电压值;减低杆塔接地电阻。 4.4有避雷线线路的雷击跳闸率 N=NL.η(gP1+PaP2)

式中NL为每百公里每年线路雷击次数;η为建弧率,η=(4.5E0.75-14)×10-2,E是绝缘子串的平均运行电压KV/m;g是击杆率,双根避雷线平原取1/6,山区取1/4;Pa是绕击率,山区线路的绕击率约为平地线路的3倍;P1是超过雷击顶部的耐雷水平的雷电流概率;P2是超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率。

5根据以上分析提出改善和降低雷击跳闸率的防范措施

根据以上分析和多年的运行经验得出,采取架设耦合地线、降低杆塔接地电阻及线路避雷器、增加绝缘子片数、采用自动重合闸装置等措施均可有效地降低雷击跳闸率。 5.1架设耦合地线

在导线下方架设耦合地线的分流和耦合作用,使线路耐雷水平提高。对于110KV输电线路,不仅减少反击跳闸次数,也减少了一相导线绕击后再对另一相造成反击跳闸的机率。 5.2降低杆塔接地电阻

山区线路多数处于高土壤电阻率地区,对接地电阻超规的杆塔,我们采取加降阻剂、 挖深接地坑道改善接地土壤率的办法将接地电阻降低到规程规定的范围内,并按规程要求每五年对全线杆塔接地电阻遥测一次,每两年对变电站进出口1~2公里的接地电阻遥测一次,发现不合格的及时进行更换处理。

5.3增加杆塔绝缘。对山区的高杆塔、大跨越及雷击频繁的杆塔我们常采用增加绝缘子片数或更换成防污瓷瓶(或更换成合成绝缘子)的方法以增加绝缘来提高耐雷水平。对检测出的零值、破损、雷击绝缘子及时更换。

5.4 对因地形限制、雷电活动频繁、土壤电阻率高无法覆埋接地线的孤立山头,我们采用加装线路避雷器的方法达到防雷目的。对杆塔接地引下线接触不良、生锈及不合格的及时进行处理。

5.5 装设自动重合闸。在一定的运行条件下,线路雷击跳闸是不可避免的,但应限制在一定范围内。重合闸装置是作为线路防雷的一项重要措施,提高重合闸装置动作的可靠性,可有效地保证雷击跳闸后的供电可靠性。

5.6 根据我们多年的运行经验,对线路绕击率较高的地区采用架设双避雷线的方法来提高线路的耐雷水平效果良好。对锈蚀、断股的架空地线及时进行更换。 6 结语

线路遭受雷击既然是不可预测,不可避免的,那么我们应顺其自然,以疏导为主,对于110KV输电线路的特殊区域,应满足设计规程所要求的接地电阻和耐雷水平,必要时要进行校验,以便选择适当的保护措施。

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