魏志雄 陳俊輝 楊柳輝
摘要:針對35 kV油蓮線頻繁遭雷害故障跳閘的問題,分析了近年故障桿塔的分布及線路周邊雷電地閃密度情況,進一步與常規(guī)防雷措施進行逐條對照分析,發(fā)現(xiàn)加裝避雷線、降低接地電阻、加強絕緣、加裝接閃器等措施的防雷效果不明顯,提出了在“易擊段”推廣使用線路避雷器的改造方法,以提升35 kV線路耐雷水平。
關鍵詞:35 kV線路;雷擊;頻繁跳閘;地閃密度;避雷器
0 引言
隨著電網(wǎng)建設規(guī)模不斷擴大,110 kV及以上的輸電線路已成為我國主流的輸電線路,但是35 kV線路在廣東河源地區(qū)仍然占據(jù)重要地位,其管轄的40余回35 kV線路承擔著各鄉(xiāng)鎮(zhèn)主干線供電任務,它的供電可靠性直接關系到人民群眾的切身利益。然而,35 kV線路在建設之初因側重經(jīng)濟性,一般僅在變電站進線段裝設避雷線,線路整體絕緣水平較低,在防雷害上存在先天不足,在雷雨季節(jié)期間頻繁故障跳閘,給各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的正常生活造成困擾。本文通過對35 kV油蓮線在2017—2019年期間的雷害跳閘進行分析,并與常規(guī)防雷措施進行對照,進而提出可行的防控改造措施。
1 35 kV油蓮線運行概況
35 kV油蓮線于2007年建成,線路全長29.3 km,共88基桿塔,其中直線桿40基,直線塔10基,耐張桿25基,耐張塔13基,90%的桿塔位于高山上,且大部分位于礦區(qū)。導線采用LGJX-120/20鋼芯鋁絞線,三相導線排列方式為上字型和水平排列,僅變電站進線段1~1.5 km架設有GJ-50的避雷線。全線桿塔采用LXY1-70玻璃絕緣子,直線桿塔3片,耐張桿塔4片配置。
線路建成投運后,頻繁發(fā)生雷害跳閘事故,近些年來對該線路投入了大量防雷改造資金,2013年底對24基桿塔的三相導線均加裝了線路避雷器,2016年底對28基桿塔加裝了防雷接閃器,同時增設人工接地網(wǎng)。
2 故障桿塔分布及地閃密度分析
由于雷擊的不確定性和雷電活動的分散性,線路在設計建設之初難以確定相應的防雷措施,需要結合歷年的運行經(jīng)驗,逐步排查出線路的雷電“易擊段”,以便采取差異化防雷改造方案。本文重點對2017—2019年的線路跳閘情況以及線路周邊地閃密度進行深入分析,掌握雷電活動頻繁區(qū)域,結合歷年的故障桿塔分布情況,從而初步確定該線路的“易擊段”。
35 kV油蓮線2017年雷擊跳閘8次,故障桿塔分別是#22、#47、#52、#69、#74、#75、#77、#79;2018年雷擊跳閘12次,故障桿塔分別是#8、#10(2次)、#11、#13、#14(3次)、#16、#44、#49、#80;2019年雷擊跳閘16次,故障桿塔分別是#5、#11、#16、#49、#51、#53(2次)、#60、#66、#69、#70、#76、#77、#79、#81、#82。
雷電定位系統(tǒng)記錄了線路周邊落雷情況,對2017—2019年35 kV油蓮線1 km附近的地閃密度進行統(tǒng)計,結合故障桿塔的分布情況,繪制出故障桿塔及地閃密度分布圖,除了#7~#20區(qū)段雷電活動較強外,其他區(qū)段相對比較均衡,再結合歷年的雷擊故障桿塔分布,初步判定#5~#22、#44~#53、#66~#82為“易擊段”,需重點進行防護。
3 常用防雷措施對照分析
常用的線路防雷措施不外乎架設避雷線、降低接地電阻、加強絕緣、安裝接閃器及避雷器等,本文將結合35 kV油蓮線的實際情況,逐條對照分析,為今后的防雷改造提供參考方向。
(1)沿全線裝設避雷線確實是110 kV及以上線路最有效的防雷措施,但對于35 kV線路而言效果卻非常有限,因線路本身的絕緣水平低,即使成功攔截了導線上的直擊雷,也會因為雷電反擊引起跳閘。如35 kV油蓮線配置了3~4片玻璃絕緣子,其反擊耐雷水平約30 kA,根據(jù)我國一般地區(qū)的雷電流幅值概率分布公式(lg P=-I/88),計算出雷電流大于30 kA的概率是45.6%,所以在35 kV線路上裝設避雷線的防雷效果不佳。
(2)接地裝置是泄導雷電流的主通道,較低的電阻可降低反擊雷對桿塔造成的電位差,意味著增大了線路反擊耐雷水平,但是相關研究表明,35 kV線路本身的絕緣水平太低,降低接地電阻的防雷效果并不明顯。另外,對于無避雷線的線路而言,繞擊是雷害跳閘的主因,接地裝置對繞擊而言是無效的。故從實用性及經(jīng)濟性考慮,對桿塔接地裝置不必要求過高,阻值不高于25 Ω即可。
(3)加強絕緣即增加絕緣子片數(shù),從而提高絕緣子串的耐雷水平,一定程度上降低了雷電建弧率。加強絕緣一般與裝設避雷線配合使用,同時需滿足塔頭間隙、風偏和對地距離等要求,通常適用于新建的線路。已運行13年的35 kV油蓮線因其設計標準較低,在運的桿塔不具備加裝避雷線的條件,也就意味著導線仍然完全暴露在雷電活動范圍內(nèi),約4 kA(雷電流大于4 kA的概率是90.1%)的雷電流即可引起3~4片的絕緣子串閃絡放電。若35 kV油蓮線均增加1片絕緣子,繞擊耐雷水平約提升至5 kA,而雷電流大于5 kA的概率是87.7%,概率同比下降2.7%,意味著僅加強絕緣對35 kV油蓮線的防雷效果甚微。
(4)接閃器安裝在桿塔頂部,用來接收桿塔附近的雷電,在一定范圍內(nèi)避免導線、桿塔受雷電直擊。35 kV油蓮線28基桿塔加裝了某公司的新型接閃器,主要由金屬針尖、接閃器主體、引下線等構成,據(jù)悉該接閃器可削減雷電波峰幅度30%以上,從而有效地降低了雷電流直接作用于桿塔構件的雷電流幅值。35 kV油蓮線已安裝接閃器的28基桿塔中,有6基桿塔在近3年期間發(fā)生了雷擊跳閘,又因該產(chǎn)品應用經(jīng)驗相對缺乏,防雷效果不甚理想。一方面從感應雷擊過電壓的角度分析,雖然接閃器將桿塔附件的雷電引到自身上,但是35 kV線路本身的絕緣水平較低,當雷電流幅值超過80 kA(概率是12.3%)時,反而會引起線路因感應雷擊過電壓閃絡跳閘;另一方面,接閃器的保護范圍非常有限,需要配合接地網(wǎng)一并使用,應充分結合現(xiàn)場地形地貌進行選點安裝。因此,新型的接閃器仍可選點試用,以便積累相應的防雷改造經(jīng)驗,但是需盡量避開雷電活動較強的區(qū)域,防止感應雷擊過電壓引起線路閃絡跳閘。
(5)線路避雷器與線路絕緣子串并聯(lián),擁有優(yōu)異的非線性伏安特性,其工作原理可以簡單地理解為能疏泄沖擊雷電流而阻斷工頻續(xù)流,具有很好的鉗制電位作用,可以確保絕緣子不發(fā)生雷擊閃絡。相關研究及運行經(jīng)驗表明,避雷器是線路防雷害最有效的措施,但其成本較高,維護工作量大,一般建議在“易擊段”加裝線路避雷器。35 kV油蓮線26基桿塔三相均安裝了避雷器,其中4基桿塔在近3年期間發(fā)生了雷擊跳閘,均系雷電流過大,超出了避雷器本身的流通能力,導致線路避雷器炸裂。根據(jù)多年及大量的應用實踐表明,線路避雷器對于減少線路雷擊跳閘具有明顯效果。
4 結語
本文對35 kV油蓮線在2017—2019年期間的雷擊故障跳閘進行了分析,根據(jù)運行經(jīng)驗以及線路周邊雷電活動情況,得知雷電“易擊段”,與常規(guī)防雷措施進行逐條對照,發(fā)現(xiàn)加裝避雷線、降低接地電阻、加強絕緣、加裝接閃器等措施的防雷效果并不明顯,但是仍可試點推行新型接閃器防雷產(chǎn)品,以便積累防雷經(jīng)驗。在防雷改造資金允許的情況下,建議積極推廣使用線路避雷器,優(yōu)先在“易擊段”、降電阻難、絕緣強度低的區(qū)段加裝,且宜考慮35 kV線路中性點不接地的特點,在水平排列方式的兩邊相、三角形排列的兩下相加裝避雷器,以節(jié)約投資成本。
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收稿日期:2020-07-13
作者簡介:魏志雄(1992—),男,廣東龍川人,工程師,研究方向:輸電線路運行管理。