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      電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評(píng)估

      2016-12-27 19:17:15付威
      中國高新技術(shù)企業(yè) 2016年33期
      關(guān)鍵詞:差異化輸電線路電力系統(tǒng)

      摘要:文章圍繞輸電線路防雷措施的具體特征和防雷措施應(yīng)用中存在的主要問題,通過研究一種以雷電自然規(guī)律為前提、線路自身特點(diǎn)為基礎(chǔ)、各種防雷措施為補(bǔ)充的綜合防雷研究方法,明確電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評(píng)估流程,提高輸電線路防雷技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。

      關(guān)鍵詞:輸電線路;電力系統(tǒng);差異化;防雷改造措施;評(píng)估效果 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

      中圖分類號(hào):TM863 文章編號(hào):1009-2374(2016)33-0021-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.011

      1 概述

      長期以來,雷擊是造成運(yùn)行電力線路故障跳閘的主要原因。近年來,各級(jí)輸電線路大修和技術(shù)改造投資逐步加大,通過實(shí)施防雷改造來提高桿塔耐雷水平,降低線路雷擊故障率。雖然傳統(tǒng)的防雷措施均得到了廣泛的應(yīng)用和驗(yàn)證,但在資金投入有限的條件下,如何有針對性地選取防雷措施,仍然是一大難題。特別是由于輸電線路雷擊跳閘受大氣偶然因素影響,改造后效果難以判斷,對于防雷措施的選擇科學(xué)與否都難以得到驗(yàn)證。因此,需要通過研究一種評(píng)估方法,提高防雷方案選擇的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。

      2 傳統(tǒng)防雷措施特征分析

      2.1 減小保護(hù)角

      能夠有效降低繞擊跳閘率,改變線路的保護(hù)角的施工難度大、工程量大、費(fèi)用高、線路停電時(shí)間長。

      2.2 加強(qiáng)線路絕緣水平

      可提高絕緣子U50%的放電電壓,提高線路耐雷水平;施工難度小、費(fèi)用低、線路停電時(shí)間3~5天;受桿塔電氣距離及導(dǎo)線對地、跨越物距離限制。

      2.3 降低桿塔接地電阻

      優(yōu)點(diǎn)是能夠有效降低反擊跳閘率;施工難度不大,不需停電;僅對接地電阻嚴(yán)重超標(biāo)的有效。

      2.4 架設(shè)耦合地線

      能夠增大線間耦合系數(shù),提高相鄰桿塔分流作用,降低絕緣子承受的電壓,提高線路耐雷水平。缺點(diǎn)是增加線路運(yùn)行電能損耗、施工難度大、投資較高、停電時(shí)間長,需砍伐線下通道,運(yùn)行維護(hù)工作量增大。

      2.5 架設(shè)旁路地線

      通過提高對導(dǎo)線的屏蔽作用,有效降低繞擊跳閘率;需另外架設(shè)桿塔和導(dǎo)線,經(jīng)濟(jì)造價(jià)很高。

      2.6 加裝保護(hù)間隙

      通過保護(hù)間隙釋放雷電過電壓,保護(hù)絕緣子不受損壞,降低線路的雷擊事故率;但是會(huì)增大雷擊跳閘率,不宜大范圍推廣。

      2.7 安裝可控放電避雷針

      在桿塔頂部安裝可控放電避雷針,能夠增強(qiáng)桿塔附近導(dǎo)線的雷電屏蔽能力,能夠降低線路繞擊閃絡(luò)率;桿塔接地電阻符合要求時(shí),不會(huì)增加桿塔的反擊閃絡(luò)率。對于接地電阻較高的桿塔需要同步進(jìn)行接地網(wǎng)改造。

      2.8 安裝線路氧化鋅避雷器

      可大幅提高桿塔的耐雷水平,降低線路的雷擊閃絡(luò)率,尤其對雷電活動(dòng)強(qiáng)烈或土壤電阻率高的區(qū)域效果明顯。缺點(diǎn)是避雷器成本較高,保護(hù)范圍小,僅對安裝桿塔有效,經(jīng)濟(jì)造價(jià)較高。

      3 防雷措施應(yīng)用中存在的問題

      目前,運(yùn)行輸電線路開展防雷改造是大修和技術(shù)改造的重點(diǎn)內(nèi)容,但由于投資限制,在防雷措施的選定上存在以下問題:

      3.1 措施選擇的依據(jù)不明

      傳統(tǒng)的輸電線路防雷措施主要依據(jù)的是多年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),一方面沒有結(jié)合線路走廊的雷電分布特征等雷電客觀規(guī)律;另一方面對線路本體的結(jié)構(gòu)、絕緣、通道內(nèi)地形地貌等影響因素難以綜合考慮,無法準(zhǔn)確地評(píng)估出安裝防雷措施后的綜合治理效果。

      3.2 措施針對性不強(qiáng)

      僅對各種防雷措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行定性分析,缺乏定量分析判斷,防雷措施應(yīng)用后對繞擊率、反擊率的降低效果無理論支撐,而實(shí)際效果受跳閘次數(shù)偶然因素的制約在短期內(nèi)無法驗(yàn)證。

      3.3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)性不高

      防雷措施的防護(hù)能力、保護(hù)范圍和施工造價(jià)各不相同,部分措施還需配合采用,在經(jīng)濟(jì)技術(shù)性指標(biāo)上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),難以比較。

      傳統(tǒng)的防雷措施雖然能夠確切地反映線路遭受雷擊后的閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn),但無法確定影響雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的各因素,改造措施的針對性不強(qiáng),技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高,同時(shí)盡管有些防雷裝置的性能十分優(yōu)良,但受其保護(hù)范圍及造價(jià)限制,很難全線進(jìn)行實(shí)施改造,故迫切需要一種以雷電自然規(guī)律為前提、線路自身特點(diǎn)為基礎(chǔ)、各種防雷措施為補(bǔ)充的綜合防雷研究方法,“有的放矢”地開展防雷改造。

      4 差異化防雷措施的效果評(píng)估方法

      4.1 評(píng)估方式

      根據(jù)不同的防雷措施選擇方案,計(jì)算改造前后輸電線路雷擊跳閘率變化值,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),選擇經(jīng)濟(jì)性最佳的綜合防雷措施。

      4.2 計(jì)算依據(jù)

      依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T 620-1997)對桿塔耐雷水平和線路雷擊跳閘率進(jìn)行計(jì)算。

      現(xiàn)場數(shù)據(jù):收集對應(yīng)線路的地形地貌、線路結(jié)構(gòu)、線路的防雷特性和近年來雷擊跳閘情況,逐基計(jì)算桿塔耐雷水平和雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。

      雷電數(shù)據(jù):根據(jù)雷電流幅值雷擊概率分布符合指數(shù)分布的規(guī)律,以雷電定位系統(tǒng)近5~10年的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),提取沿線地閃次數(shù)、地閃密度等基礎(chǔ)參數(shù),通過大容量數(shù)據(jù)擬合得到雷電流幅值分布指數(shù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可采用“線路走廊網(wǎng)格法”,即將線路走廊沿徑向等距劃分成一系列統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格(區(qū)段),獲取線路走廊沿線雷電分布特征和線路運(yùn)行時(shí)的實(shí)際雷電參數(shù)。

      防雷措施投資數(shù)據(jù):以近三年湖北地區(qū)防雷措施實(shí)施的實(shí)際工程造價(jià)為依據(jù)。

      4.3 具體流程

      4.3.1 建立模型:綜合線路走廊的桿塔信息和雷電活動(dòng)特征參量,建立對應(yīng)的研究模型,擬合出線路走廊內(nèi)雷電流幅值分布指數(shù)。

      4.3.2 雷擊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估:結(jié)合研究模型,逐基桿塔進(jìn)行耐雷水平計(jì)算。對線路走廊各基桿塔的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分,評(píng)價(jià)線路的整體防雷水平。

      計(jì)算每基桿塔(有避雷線線路)的繞擊跳閘率Nr、反擊跳閘率Nf、及跳閘率N。其中跳閘率為:

      N=NLη(gP1+PαP2)

      式中:

      N——跳閘率,次/(100km·a)

      NL——平均年雷暴日40天的地區(qū),線路每年的雷擊次數(shù),次/(100km·a)

      g——擊桿率

      η——建弧率

      P1——超過雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平的雷電流概率

      P2——超過雷繞擊導(dǎo)線時(shí)耐雷水平的雷電流概率

      Pα——繞擊率(包括平原和山區(qū))

      根據(jù)確定桿塔的繞擊跳閘率Nr、反擊跳閘率Nf、跳閘率N分別確定每基桿塔的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以國家電網(wǎng)公司《110(66)kV~500kV架空輸電線路管理規(guī)范》為依據(jù),結(jié)合線路實(shí)際運(yùn)行特征來確定。按表1參數(shù)對風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)進(jìn)行劃分。

      4.3.3 防雷措施選擇:綜合研究風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果、線路的實(shí)際運(yùn)行情況、現(xiàn)有防雷措施各自的特點(diǎn)等,對各種防雷措施的適用性進(jìn)行定性分析。按照雷擊跳閘風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由高到低的順序,明確防雷改造桿塔的范圍,并根據(jù)雷擊風(fēng)險(xiǎn)確定改造次序。結(jié)合項(xiàng)目投資情況,制定出多套防雷改造方案供選擇。

      改造桿塔范圍應(yīng)包括:(1)遭受過雷擊的桿塔;(2)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為D的桿塔;(3)大檔距轉(zhuǎn)角塔;(4)極大檔距桿塔。

      4.3.4 改造經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評(píng)估:對每套防雷改造方案的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性做出評(píng)價(jià)。根據(jù)選擇的防雷改造方案,計(jì)算改造后線路雷擊跳閘率降低值ΔN總=ΣN-ΣN′,其中N、N′分別表示線路改造前后的雷擊跳閘率。

      4.3.5 方案選?。阂詥挝煌顿Y條件下,雷擊跳閘率的下降幅度更大者為優(yōu)先選用方案,以達(dá)到雷電防護(hù)效益的最大化。

      5 結(jié)語

      通過對不同防雷方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),能夠改變過去單純依靠經(jīng)驗(yàn)選擇防雷措施的方法,防雷改造項(xiàng)目的制定更具針對性、合規(guī)性,改造后線路耐雷水平的提升效果將更顯著。但由于部分防雷措施的實(shí)施單位工程造價(jià)差異較大,如單基桿塔安裝避雷器是接地網(wǎng)改造的10倍左右,對于不同的工程投資,仍需根據(jù)線路長度、改造緊迫程度等多方面因素綜合考慮。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合(DL/T 620- 1997)[S].1997.

      [2] 陳家宏,張勤,馮萬興,等.中國電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng) 與雷電監(jiān)測網(wǎng)[J].高電壓技術(shù),2008,34(3).

      [3] 司馬文霞,楊慶,李永福,等.輸電線路雷電繞擊評(píng) 估方法分析及展望[J].高電壓技術(shù),2015,41(8).

      作者簡介:付威(1986-),男,湖北安陸人,國網(wǎng)襄陽供電公司工程師,研究方向:電力工程。

      (責(zé)任編輯:黃銀芳)

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