線路避雷器(氧化鋅避雷器測試儀)在輸電線路防雷中的應(yīng)用效果探討
1引言
近幾年來,雷擊引起的輸電線路掉閘故障日益增多,從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,輸電線路的故障一半以上是雷電引起的。為了減少輸電線路的雷擊故障,通常采用多種的防雷措施,一般有: 架設(shè)避雷線; 降低桿塔接地電阻; 架設(shè)耦合地線; 提高線路的絕緣水平等等,取得了一定的防雷效果。但常規(guī)的防雷保護(hù)措施僅能部分地降低線路雷擊跳閘率,一些高土壤電阻率的線路桿塔、繞擊雷對線路造成影響及線路雷擊區(qū)防雷問題上,仍沒有找到比較好的解決方法。
將線路避雷器安裝在輸電線路的易擊區(qū),是一種有效的線路防雷措施,在美國、日本等國已有十多年的運(yùn)行歷史,取得了很好的效果。從2000年開始,廣州花都供電分公司對二條雷擊跳閘率較高的110kV輸電線路安裝了線路避雷器。經(jīng)過幾年的掛網(wǎng)運(yùn)行,取得了較好的防雷效果。
2線路避雷器防雷的基本原理
線路避雷器一般采用避雷器本體和串聯(lián)空氣間隙的組合結(jié)構(gòu),避雷器本體基本不承擔(dān)系統(tǒng)運(yùn)行電壓,不必考慮在*運(yùn)行電壓下的電老化問題,在本體發(fā)生故障時也不影響線路運(yùn)行。串聯(lián)空氣間隙有兩種,一是純空氣串聯(lián)間隙(簡稱純空氣間隙),一是由合成絕緣子支撐的串聯(lián)空氣間隙(簡稱絕緣子間隙)。兩種間隙各有優(yōu)缺點(diǎn),純空氣間隙不必?fù)?dān)憂空氣間隙發(fā)生故障,但在安裝線路避雷器時需要在桿塔上調(diào)整間隙距離,實(shí)施安裝時要求高一點(diǎn); 情況相反,對于絕緣子間隙,由于間隙距離已由絕緣子下,實(shí)施安裝較為容易,但支撐串聯(lián)間隙的合成絕緣子承擔(dān)著較高的系統(tǒng)電壓。
雷擊桿塔時,一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔,另一部分雷電流經(jīng)桿塔流入大地,桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性,一般用沖擊接地電阻來表征。
雷擊桿塔時塔頂電位迅速提高,其電位值為:
Ut=iRd+L· di/dt (1)
式中, i--雷電流; Rd--沖擊接地電阻; L.di/dt--暫態(tài)分量。
當(dāng)塔頂電位Ut與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時,將發(fā)生由塔頂至導(dǎo)線的閃絡(luò)。即Ut-U1>U50,如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響,則為Ut-U1+Um>U50。因此,線路的耐雷水平與4個重要因素有關(guān),即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強(qiáng)度、有無架空地線和塔體的沖擊接地電阻。一般來說,線路的50%放電電壓是一定的,雷電流強(qiáng)度與地理位置和大氣條件相關(guān),不加裝避雷器時,提高輸電線路耐雷水平往往是采用降低塔體的接地電阻,在山區(qū),降低接地電阻是非常困難的,這也是為什么輸電線路屢遭雷擊的原因。
圖1為線路避雷器及絕緣子的伏-秒特性圖
加裝避雷器以后,當(dāng)輸電線路遭受雷擊時,雷電流的分流將發(fā)生變化,一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔,一部分經(jīng)塔體入地,當(dāng)雷電流超過一定值后,避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線,傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時,由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用,將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因?yàn)?font color="#000000">避雷器的分流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于從避雷線中分流的雷電流,這種分流的耦合作用將使導(dǎo)線電位提高,使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓,絕緣子不會發(fā)生閃絡(luò),因此,線路避雷器具有很好的鉗電位作用,這也是線路避雷器進(jìn)行防雷的明顯特點(diǎn)。
從圖1中不難發(fā)現(xiàn)加裝線路避雷器對防雷效果是十分明顯的。
3線路避雷器的選點(diǎn)
大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,線路遭受雷擊往往集中于線路的某些地段。我們稱之為選擇性雷擊區(qū),或稱易擊區(qū)。線路若能避開易擊區(qū),或?qū)σ讚魠^(qū)線段加強(qiáng)保護(hù),則是防止雷害的根本措施。實(shí)踐表明,下列地段易遭雷擊:
(1)雷暴走廊,如山區(qū)風(fēng)口以及順風(fēng)的河谷和峽谷等處;
(2)四周是山丘的潮濕盆地,如桿塔周圍有魚塘、水庫、湖泊、沼澤地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等處;
?。?)土壤電阻率(p)有突變的地帶,土地質(zhì)斷層地帶,巖石與土壤、山坡與稻田的交界區(qū)。巖石山腳下有小河的山谷等地,雷易擊于低土壤電阻率處;
(4)地下有導(dǎo)電性礦的地面和地下水位較高處;
?。?)當(dāng)土壤電阻率差別不大時,例如有良好土層和植被的山丘,雷易擊于突出的山頂、山的向陽坡等。
線路避雷器一般安裝在線路易擊區(qū),但在選擇安裝線路避雷器地點(diǎn)過程中,必須結(jié)合本地區(qū)歷年來的線路雷擊跳閘情況、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及線路所經(jīng)的地形。綜合以上各種因素,確定線路避雷器安裝的*地點(diǎn),提高線路的耐雷水平。
4線路避雷器使用及動作情況
花都區(qū)位于廣州市的北面,據(jù)氣象部門統(tǒng)計2000年至2002年花都區(qū)雷暴日平均為81天,屬多雷區(qū),廣州花都供電分公司管轄的輸電線路跳閘故障有80%是由于雷擊而引起的。
廣州花都供電分公司管轄的110kV田梯線和110kV華軍芙線大部分線路走廊位于丘陵、山地,多年來經(jīng)常發(fā)生雷擊跳閘故障。根據(jù)這種情況,在這二條線路上安裝了9組避雷器,共27只。
110kV田梯線全長13.88公里,1997年投入運(yùn)行,據(jù)統(tǒng)計該線路在1998年和1999年共有5次的雷擊掉閘,其中#40~#45段就有3次雷擊掉閘。為此,我們對該線路的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究,發(fā)現(xiàn)110kV田梯線#38~#46位于山的向陽坡上且為風(fēng)口,桿塔的接地電阻也偏大。綜合各種因素,我們決定在110kV田梯線#40、#43、#45各安裝3組共9只避雷器,運(yùn)行至今已接近3年時間,在這段時間,該線路沒有發(fā)生過雷擊掉閘故障。檢查線路避雷器的放電記數(shù)器,發(fā)現(xiàn)線路避雷器都有動作,動作情況見表1。
110kV華軍芙線全長27.39公里,1996年投入運(yùn)行。據(jù)歷年來的雷擊數(shù)據(jù)分析,該線路從1997年~2002年共有12次雷擊跳閘。為此,我們對110kV華軍芙線全線進(jìn)行了現(xiàn)場勘察,根據(jù)歷年來的雷擊桿塔情況和桿塔所處的地形、地貌,確定線路的易擊區(qū)并結(jié)合線路的實(shí)際運(yùn)行情況,在2002年3月選點(diǎn)安裝了6組線路避雷器。避雷器運(yùn)行二年,線路未發(fā)生雷擊故障。避雷器動作情況見表1。
5結(jié)束語
?。?)、在輸電線路易擊區(qū)桿塔上安裝線路避雷器后,桿塔段未發(fā)生雷擊跳閘,提高了線路的耐雷水平,線路避雷器在輸電線路的應(yīng)用取得了初步的成效。
?。?)、正確選擇線路避雷器安裝位置是很重要的,是能否充分發(fā)揮線路避雷器作用的關(guān)健。
(3)、繼續(xù)對輸電線路的防雷工作進(jìn)行分析、總結(jié),進(jìn)一步探討積累線路避雷器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),不斷地提高線路的耐雷水平。
表1: