高压架空线路的防雷保护.docx

高压架空线路的防雷保护

  1．引言
    佛山电力局送电管理所所辖110kV及以上高压送电线路总长732.8km，分布于珠江三角洲一带，属于雷电活动频繁地区，年平均雷暴日高达80～90天。近年来，根据我市电网故障分类统计，高压送电线路因雷击而引起的事故日益增多，雷击引起的跳闸占总跳闸率的70～80%，1999年是雷电活动最为强烈的一年，我所110kV及以上线路跳闸总数达到了10次之多。2000年线路17次事故障碍中，因雷击而引起的达到13次。严重威胁着输变电设备的安全运行，也大大加重了运行维护人员的劳动强度。由此可见，加强线路防雷保护尤为迫切。
    2．雷电对电力线路的危害
    架空线路受到直接雷击或线路附近落雷时，导线上会因电磁感应而产生过电压，即大气过电压(外过电压)。这个电压往往高出线路相电压的2倍及以上，使线路绝缘遭受破坏而引起事故。当雷击线路时，巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差，从而导致线路绝缘闪络。雷击不但危害线路本身的安全，而且雷电会沿导线迅速传到变电站，若站内防雷措施不良，则会造成站内设备严重损坏。
    3．防范措施及应用情况
    根据运行经验，采取降低杆塔接地电阻、加装耦合地线及线路避雷器、减小线路地线保护角、增加绝缘子片数、采用自动重合闸等措施均可以有效地降低雷击跳闸率。以上加强防护措施可根据线路的重要性、雷电活动的频数、地形地貌特点以及土壤电阻率等情况确定选取合理的一种或几种组合。
    3.1　架设地线以及减少地线保护角
    地线是送电线路最基本的防雷措施之一，它的功能：①防止雷直击导线；②雷击杆塔时对雷电流的分流作用，减小流入杆塔的雷电流，使杆塔顶电位降低；③对导线有耦合使用，降低雷击杆塔时塔头绝缘上的电压；④对导线能起到屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。
    减小保护角可降低绕击率，保证雷电不致绕过地线而直接击中导线。
    为提高线路耐雷水平，我所所辖线路均按规程要求，线路全线均架设两根地线，及时对锈蚀架空地线进行更换；直线塔上地线对边导线保护角分别不大于15°(500kV)及20°(110～220kV)，杆塔上两根地线之间距离小于地线与导线垂直距离的5倍。
    3.2　降低杆塔接地电阻
    地线对雷电过电压的降压作用，是依靠低的接地电阻来实现的，而且接近于成比例关系。对一般高度的杆塔，降低线路杆塔地网接地电阻是提高线路耐雷水平，以防止反击的有效措施，也是最经济、最有效降低线路雷击跳闸率的措施之一。
    因此，我所为做好接地装置的全过程技术管理工作，不断加强输电线路杆塔地网的检查维护，按有关规程规定定期对线路杆塔接地网进行检查测试，并及时对线路中杆塔接地电阻值偏高的杆塔地网进行技术改造处理。同时加强曾发生雷击跳闸线路杆塔的接地电阻测试工作。
表1　杆塔的工频接地电阻测量周期及要求

周期
要求
说明
有架空地线的线路杆塔的接地电阻
1)发电厂或变电站进出线1～2km内的杆塔2年2)其他线路杆塔5年
当杆塔高度在40m以下时，按下表要求；如杆塔高度≥40m，则取下表值的50%，但当土壤电阻率大于2000Ω．m，接地电阻难以达到15Ω时可放宽至20Ω
对于杆塔高度≤40m，如接地电阻难以降到30Ω时，可采用6～8根总长不超过500m的放射形接地体或连续伸长接地体，其接地电阻可不受限制。但对高度≥40m的杆塔，接地电阻不宜超过20Ω
土壤电阻率Ω．m
接地电阻Ω
≤100
10
100～500
15
500～1000
20
1000～2000
25
≥2000
30

    对过去雷击跳闸的统计发现，在1995～2001年共发生的35次雷击跳闸记录中，雷击杆塔检测接地电阻均符合设计值要求。未发现有因地网阻值不良而发生的雷击跳闸情况出现。这表明，我所在定期检测与及时改造不合格地网方面，成效是显著的。

    3.3　加强绝缘
    根据大量的权威试验数据表明，绝缘子串的雷电冲击闪络电压和绝缘子的型式关系不大，而主要取决于串长。但在线路设计过程中，一般不按雷电过电压的要求选择绝缘子串的绝缘子强度，但应根据已选定的绝缘子水平来检验线路的耐雷水平，并应符合现行规程规定。如在某些情况下雷击跳闸率太高，则可根据具体情况(如考虑采用降低接地电阻等其他综合措施)酌量增加绝缘子片数。另外，零值和劣质绝缘子增多，绝缘水平下降亦会造成耐雷水平偏低。
表2　有避雷线线路的耐雷水平

(kV)
一般线路
(kA)
大跨越档中央、发电
厂和变电所进线保护段(kA)
额定电压
(kV)
一般线路
(kA)
大跨越档中央、发电
厂和变电所进线保护
段(kA)
35
20～30
30
220
80～120
120
60
30～60
60
330
100～140
140
110
40～75
75
500
120～160
160
154
90
90

    注1．表中较大数值用于多雷区或较重要的线路；
    2．双回路或多回路杆塔的线路，应尽量达到表中的数值。为此，可采取改善接地、架设耦合地线或适当加强绝缘等措施。
    3.4装设自动重合闸
    据统计，我国110kV及以上送电线路自动重合闸成功率可达75%～95%。因此规程要求“各级电压线路应尽量装设三相或单相自动重合闸”。
    对我局1995～2001年线路雷击跳闸统计结果表明：35次跳闸中有32次重合成功，1次强送成功，1次不起动，91.43%的跳闸重合闸是成功的，这说明我市110～500kV线路耐雷水平较高，自动重合闸可以有效消除雷击故障，避免了因雷击而造成的停电事故。
    3.5　安装线路型氧化锌避雷器
    随着送电线路防雷技术的不断提高，线路氧化锌避雷器作为一种新的线路防雷技术，已得到越来越广泛的认可和应用。省内众多兄弟单位已积累了一定的经验，且多年的运行经验表明，在雷电活动频繁、土壤电阻率高、地形复杂的地区安装线路型氧化锌避雷无论在防止雷绕击导线、雷击塔顶或地线时的反击都非常有效。
    我所于2000年在110kV紫海线＃25、＃26、＃27共3基塔共安装了9相线路避雷器，由于接受雷雨季节考验的日子尚短，防雷效果有待验证。
    由于该类产品价格较高，使用成本大，若在线路上广泛推广使用，前提必须是大幅降低产品的价格。
    4．防雷的新思路
    以往防雷工作都是以防、堵为主，而近年来，在防雷方面又出现了一种新思路，就是既然雷害是不可预测，不可避免的，那么不如顺其自然，以疏导为主，只要能找到对保证送电线路运行安全的通道来疏导雷电流，问题就解决了。而安装引弧间隙就是这一思路的产物。
    安装引弧间隙的目的就是用间隙保护绝缘子串，避免因放电损坏绝缘子而造成永久性故障。根据有关资料介绍，在大跨越杆塔上应用，引弧效果很好。但这一方法带来的负作用就是：跳闸率会增加。因此，在可靠性分析中，雷击跳闸率的标准相应要修改。
    另外，我们有必要拓宽思路，例如，当同杆架设时，考虑不平衡绝缘的方式，以保证不会多条线路(同一电源)同时跳闸。
    5．雷电定位系统
    自2001年初起，雷电定位系统开始投入使用，由于其定位较为准确，使运行单位能及时掌握雷电相关参数，确定雷击点位置，有重点地巡查，大大减轻了线路巡查的强度，是一个值得推广的应用系统。
    6．结束语
    近四年来我所110kV、220kV线路雷击跳闸率(平均值分别为0.56和0.28次/100km．年40个雷暴日)低于全省平均值(分别为0.94和0.46次/100km．年40个雷暴日)，而我市这几年平均雷暴日(81日)比全省平均值(77日)高4天，这说明我所采取的防雷措施是相当有效的。
    但总的来说，防雷害工作是一项很值得深入探讨的课题，统计过往6年数据，基本都集中于4～9月，其中又以6、7、8月最为集中，且只有500kV两条线路曾发生过2次及以上的雷击跳闸，随机性、分散性大，影响了线路防雷工作的有效开展；雷击随电压的增高则概率增高。而近年来，通过雷电定位系统可知：同一个雷，多条线路同时跳闸的现象时有发生，其原因未能确定。
    今后的防雷重点，应坚持不懈地做好防雷设施运行维护工作。对安装了线路避雷器、增加绝缘子长度、降低杆塔接地电阻等加强技术措施的线路，应做好运行跟踪及进行专业技术总结工作。并对雷击故障作详尽的调查分析，针对故障原因制订有关反事故措施。对雷电活动较频繁的地区应加强线路的运行维护工作，并在防雷设计中采取相应的有效的措施。

第 10 页 共 10 页