摘要:目前我国500kV高压输电线路大多是处于野外架设,在遇到雷雨天气情况下,常常会受到雷击导致线路自动跳闸,以保护输电线路的安全。我国输电线路在建设中存在诸多的问题,很多跳闸现象是可以避免的,却因各种建设问题而引发跳闸故障。
关键词:500kV输电线路;雷击跳闸;原因分析;防范措施
500kV高压输电线路覆盖网络较为广泛,其中多数架设在山岭或者平原这些远离人群聚集地的区域。因此,500kV的输电线路容易受到雷电的影响,导致闪络放电,引发跳闸事故,下面就对此问题进行分析。
1雷击主要类型与危害
目前我国高压线路输电线路中广泛采用了架空线路,即用绝缘子将导线固定在直立地面的杆塔之上,架空线路维修方便,成本较低,但很容易受到气象和环境的影响而引发故障,雷击是诱发故障的主要原因之一,按照雷电集中输电线路的不同位置,可以将其分反击雷和绕击雷两类。
反击雷是指雷击发生时,雷电并未直接击中输电线路,而是击中了架空线路的杆塔。由于雷击电压过大,有可能将线路的绝缘子击穿,并对线路进行放电。
绕击雷是指雷击绕过避雷线直接击中输电导线同时进行放电。目前输电线路受到雷击后的损害主要表现为断线和雷击跳闸,受断线和跳闸影响的变电站将失去供电能力而导致其所负责片区停电。同时随着输电线路电压等级的升高,线路的运行安全就越加重要。对于500KV的线路来说,当雷击跳闸时,线路所带负荷难以瞬间转移,有可能引发变电站设备损毁甚至引发大规模的电网瓦解事故。
2 500kV输电线路雷击跳闸的诱因分析
2.1避雷线保护角度设置问题
避雷线与导线的保护角度,即避雷线和外侧导线的连接线以及避雷线与对面垂直线的夹角,有直接的关系。增加或者减小都会影响避雷效果。跳闸率与保护角度的大小成正比关系,增加则容易被绕击,减小则可以降低,保护角降低到一定的程度才能获得屏蔽效果。从实践的经验看,直线杆塔的雷击跳闸的概率与保护角度有关。数据统计显示,保护角度降低可以大幅度降低雷击概率,如15°与13°相比,13°保护角遭到雷击的次数仅为15°的1/6,可见避雷线保护角度设置很重要。
2.2塔杆位置设置
500kV高压输电线路是远距离电能输送的主要通道,是将电能从发电厂运送到负荷中心过程中,输电线路所经过区域的地质、地形和气候条件非常的复杂。对大量的现实事故数据研究发现,山区发生雷击跳闸事故率是平原的4倍左右,因此山区位置的防雷工作是整个输电防雷工作重点。对500kV的高压输电线路造成运行安全危害的雷击主要是直击雷。此外部分地区塔架建设在含有丰富金属矿物的位置,这类地形极易将雷云与大地进行连接起来。再加上铁塔和导线是极佳的导体,输电线路由于具有电荷,拥有吸雷的效果,比其他物体更易遭到雷击。
2.3塔杆接地电阻存在问题
根据相关设计和建设规范里对于500kV输电线路的酒杯型塔杆尺寸以及绝缘子串的雷电冲击绝缘能力进行实验,验证电阻与塔杆遭受雷击概率间的关系。结果显示塔杆接地电阻升高会导致遭受雷击的几率增加。这是由于实际运用时,耐雷水平和线路电阻、导线底线几何藕合系数、导线避雷线几何藕合系数、冲击接地电阻、分流系数、杆塔高度与电感等有着数学函数关系。进过对该函数进行分析可知,输电线路的接地电阻的提高,线路的耐雷能力出现下降趋势。要想提高线路耐雷能力一定要使塔杆电阻降低,然而现实中塔杆所处区域的土壤无法进行控制,从而对电阻控制有所影响,一旦电阻过大就会导致出现雷击跳闸事故。
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2.4杆塔本身的绝缘效果
杆塔外的绝缘水平对雷击跳闸也有一定的影响,据相关技术统计,500kV线路上设置的垂串为25片绝缘子,线路全年的雷击跳闸频率为每百公里0.3次,而如果绝缘子为28片,每百公里0.08次,可见外部绝缘设置对雷击跳闸的影响很大。实际线路运行中,平原雷击闪络多数发生在使用合成绝缘子串上,合成绝缘子串的有效距离和现有挂网的玻璃绝缘子串形成的实际距离存在差异,因此说明合成绝缘子存在问题,容易导致雷击跳闸,虽然抗污染能力增加但是防雷水平却下降了。
3 500kV高压线路防雷措施的研究
3.1改善架空线路的避雷效果
控制雷击跳闸应先从导线避雷措施选择上入手,避雷线的应用较为广泛,其可以实现线路的分流、耦合以及屏蔽效果。可以有效地避免雷电直接击中线路,可起到较好的防雷作用。避雷线也可降低流过输电线路的雷电电流,减小大地与杆塔顶部的相位差,从而避免出现雷击跳闸。在使用中应注意对避雷线角度的调整,应根据不同的杆塔形式选择防雷侧针的安装方式,控制避雷线的角度,使之小于3°甚至更小。出现雷击时,避雷针可以增加避雷线的接闪效率,从而降低绕击雷的出现概率。避雷针的安装可以有效地增加导线、地线的耦合系数,增加避雷线的应用效果。
3.2使塔杆接地电阻有效的降低
此外经过对接地电阻的降低可以减少高压输电线路来自雷电的干扰。根据上文的分析可以看出,在进行接地电阻控制时要根据当地实际土壤情况展开控制,所以可以采取多种措施。对于基础面积小同时接地集中区域可以使用降阻剂来降低电阻,增加防雷效果。此外还可采取爆破接地技术,降低电阻材料深植地下,降低电阻;提高水平方向的接地电阻,使长度增加,电阻也会随之降低。另外,增设藕合地线同样可以增强防雷效果,当接地电阻无法降低时可采用此法。还可以使反击电压间的分量和绝缘子两侧的感应电压降低,使雷击跳闸现象有效减少。
3.3安装避雷装置
避雷针和避雷器是常见的避雷装置,避雷器是可以更好的串联线路绝缘子,以此提高500kV高压线路防雷电绕击、反击的效果,可以保证雷电不直接袭击线路上设置的绝缘子。通常情况选择雷电袭击概率较高的杆塔作为避雷器的安装地点,即针对性选择雷电气候频发的地段安装避雷器,同时也应根据输电线路被雷电击中的概率决定避雷器安装的数量。安装避雷器可以降低线路雷击跳闸的概率,也可提高500kV输电线路的防雷能力。
3.4进行自动重合闸的设置
输电网络在进行供电过程中出现自动跳闸的目的是保护电网的安全,跳闸之后故障一般会得到解决。因此在受到雷击后出现跳闸事故,可以有效地保护线路,消除放电故障。所以进行自动重合闸的安装可以快速的进行电力恢复,将其与供电系统相结合,可以提高配电运行的安全性和可靠性,还可以快速恢复供电。
3.5完善设备管理
加强线路巡视检查和维护,积极开展线路接地电阻的测试工作,巡视检查铁塔接地引下线是否完好,及时维护,定期防腐处理及开挖检查。对塔在内的山区段部分高海拔点,安装视频监测设施,做好现场监控工作。建立各线路雷电统计档案,做好雷暴日的统计,为防雷技术改造提供资料。
结语
500kV输电线路的设置特征是其多数集中在野外,因此容易受到雷电的袭击,在实际的工作中应总结本地区雷电袭击的特点,选择有效的防雷措施,控制雷电袭击的概率,提高输电线路的安全性。
参考文献
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论文作者:郑冰,温龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/9
标签:线路论文; 避雷线论文; 电阻论文; 雷电论文; 绝缘子论文; 防雷论文; 杆塔论文; 《电力设备》2019年第15期论文;