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摘 要：对于配电网来说，防雷一直是一个重要的课题，备受关注和研究。加强防雷技术，在更大的程度下保护配电线路的安全，笔者根据实际工作经验和观察对防雷技术做了相关的研究分析。
关键词：防雷；配网；技术；研究
中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：
1 、配电线路产生的雷电过电压概况
1 . 1 威胁配电线路的雷电过电压种类
1. 1. 1 直 击 雷
直击雷电过电压是雷直击配电线路时产生的过电压,流入的电流、产生的电压都极其大,而直接雷是对配电线路的相导线,以及电杆、铁塔、绝缘子、金件等所有配电线路构成物的落雷。
1. 1. 2 感 应 雷
感应雷电过电压是当配电线路附近的数目和构筑物等遭受落雷时,放电流电流引起的线路附近的电磁场急剧变化而产生的过电压。
1. 1. 3 逆 流 雷
在构筑物落雷时,若该构筑物的接地电阻搞,则接地电位上升大,有时雷电流的一部分侵入供电电源的配电线路侧,因构筑物电气回路构成,有时不在构筑物发生雷电损害,只在配电线路侧产生事故。
1 . 2 配网雷害与主网雷害区别分析
1.2.1 配网雷害的主要原因是感应过电压
雷闪击中输电线路附近地面,在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的输电线路上感应出过电压,即雷击感应过电压。经实测,过电压峰值最大可达300～400kV,對35kV及以下钢筋混凝土杆线路,易造成绝缘闪络。
1.2.2 主网雷害不同于配网雷害。
实际运行经验表明,不同电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因不同。具体而言,110kV线路雷击过电压主要是反击造成的;220kV线路反击和绕击造成跳闸的机会基本相当;500kV超高压输电线路雷击过电压主要是绕击造成的。其中,反击是雷击线路杆塔或避雷线时造成塔顶电位升高,对导线发生闪络,使导线出现过电压;绕击是雷电绕过避雷线直接击中导线,在导线上引起过电压。
1.2.3 110kV输电线路反击雷跳闸率高的原因在于:
(1)绝缘水平相对较低 ,当雷击中塔顶或避雷线时,线路绝缘子易闪络;(2)40～60kA水平电流概率大,使得出现反击雷的概率增大;(3)杆塔高度低,大地屏蔽效果好。
1.2.4 500kV输电线路绕击雷跳闸率高的原因在于:
(1)杆塔高,尺寸大。杆塔高容易产生迎面先导;而杆塔尺寸大,使得杆塔的暴露面积增大,引雷半径增大;(2)绝缘水平高 ,线路绝缘子不容易闪络,减小了反击雷跳闸率;(3)线路运行电压高 ,使线路导线周围空气易产生离子波,影响下行先导的发生和发展。
所以在配电网的建设和进一步改造中,对威胁的雷过电压必须深入认识产生原理,同时要注重防雷技术管理,进一步提高配电网供电系统的供电可靠性和安全性。
2 、 配网线路雷击断线与跳闸机理原因分析及预防
2 . 1 配网线路雷击断线与跳闸机理原因分析
2.1.1 绝缘导线易发生雷击断线跳闸的原因
雷击过电压击穿导线绝缘层并引起绝缘子闪络时,被击穿的绝缘层呈针孔状。雷击闪络后建弧形成工频短路电流的电弧弧根受周围绝缘层的阻隔,弧根只能在绝缘击穿点燃烧,在极短的时间内导线就会被整齐地烧断,特别是在耐张杆和终端杆导线的破口处,工频续流更加容易建弧形成相间短路,导致断线。因此,发生雷击闪络后及时切断工频续流是防止架空绝缘导线雷击断线的有效方法;通过提高线路的绝缘水平,防止雷击闪络,降低建弧率,也能有效的防止雷击断线。
2.1.2 工频续流是绝缘导线断线和跳闸的原因
雷电过电压幅值高,放电时间短,高电压能够击穿绝缘导线的绝缘层,使绝缘子发生闪络,同时使空气电离从而可能引起工频续流;由于10kV线路档距小且雷电过电压的波运动速度快,故多引起绝缘子在杆塔处闪络,特别是两相或三相同时闪络从而形成短路电弧通道。由于雷击闪络击穿点总是在线路的绝缘薄弱处,而同一杆塔上三相线路的绝缘不一定都存在薄弱点,因此闪络不一定在同一杆塔,但如果同杆上发生两相或者三相闪络,就有可能形成工频续流,引起数千安的工频短路电流,从而导致断线和跳闸。
绝缘导线雷击断线过程可简化描述如下:雷击过电压→击穿导线绝缘层,被击穿的绝缘层呈现一个针孔状→绝缘子闪络→建弧形成工频短路电流,电弧弧根受周围绝缘的阻隔,不能沿导线表面移动,只能固定在雷击闪络处→极短时间内导线被整齐烧断。与裸导线受雷击比较:雷击过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时,建弧形成的工频短路电弧在电动力以及空气气流等外力作用下,可以沿着导线表面向背离电源方向滑动,不会集中在某一点灼烧,并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前就会引起断路器动作,切断工频电弧,不会严重烧伤导线。
2.1.3 感应过电压是引起配电线路的雷害原因
三相线路上感应过电压基本相同,不会击穿线路之间空气间距,感应雷电波能够向杆塔两侧迅速传播,到达绝缘子附近绝缘薄弱处时,就向铁横担放电从而造成二相短路或者三相短路,导线的断点一般位于绝缘子附近,约在10～40cm范围内。配电线路的绝缘水平低,雷电直击配电线路及附近物体时的感应过电压都可能导致配电线路闪络事故。配电线路断线事故一般都伴随着雷击而同时产生,雷击是造成架空绝缘导线断线的主要原因。配电线路由于建筑物、树木等的屏蔽作用,一般很少发生直击或绕击雷事故,引起架空绝缘导线断线的主要原因是雷电感应过电压的破坏。
2.2.1防止配电线路雷击断线和跳闸的思路
防止线路断线和跳闸是配电线路防雷的主要任务。就配网架空线路而言,线路跳闸是因为变电站侧的保护装置认为线路发生了相间短路故障,断线则是相间短路的工频续流使得导线烧断。通过绝缘配合改变绝缘子闪络路径,将燃弧点从导线击穿点移到能耐受电弧灼烧的电极上,可防止断线。发生两相或三相相间闪络时,将金属性相间短路改变为相对高阻的导通,可防止跳闸。
3 、现时配网架空线路防雷技术措施比较
因为雷电电压可高达数百万到数千万伏,可使电气设备及配电线路出现绝缘击穿或闪络,同时雷电流可达到十千安到数百千安,虽然其实际作用时间很短,但其破坏力是不可忽视的,而现时10kV配电线路及其设备的绝缘水平是较低,为了减少雷害事故所造成的损失,必须采取有效的防雷措施,现在一般的防雷方法主要有以下几种:
(1)架空避雷线 :其优点为能有效降低线路雷电感应过电压,容易维护;其缺点是容易对线路形成反击闪络,投资成本较大,防止绝缘导线雷击断线效果不明显。
(2)氧化锌避雷器 :能有效截断工频续流,并且能有效限制雷电过电压,在闪络后吸收放电能量;但它安装时必须破开绝缘层,可能引起绝缘导线线芯进水,而导致导线弧垂处电化学腐蚀断线;并且氧化锌避雷器长期承受工频电压,加速氧化锌阀片老化,一旦损坏将会造成线路接地,必须进行定期检查维护。
(3)钳位绝缘子或穿刺线夹:钳位绝缘子能够借助断路器截断工频续流,使雷击过电压在金具和绝缘子之间定位闪络,固定工频续流电弧在金具上燃烧,避免导线烧伤;但是钳位绝缘子的安装工作量大,安装时必须破开绝缘层,可能引起绝缘导线线芯进水,有可能引起民电化学腐蚀断线;每次雷击后需要更换烧伤的金具,不能防止跳闸。
(4)提高线路绝缘水平 :采用绝缘横担或玻璃横担,能提高线路冲击耐压水平并且免维护;但更换绝缘子的投资成本较大,并且改变系统的绝缘配合,电缆、开关等其它设备受到影响。(如表1)
表 1 不同防雷方法优缺点的比较
通过上述分析和比较可以看出,不同思路和原理的防雷措施在配网架空线路防雷方面均有一定效果,但是围绕防止断线和跳闸两个重点,不同的防雷措施均有所不足,应该结合配电线路运行环境及雷害情况,充分发挥各种防雷措施特点,采取更有效的手段。
4 、结束语
总的来说，配电线路要避免雷击，降低雷击跳闸和断线的发生几率，在实际工作中就要落实好每个环节的预防，同时不断完善管理机制和体系，唯有这样才能使配电线路和设备得到安全的确保。
参考文献：
[1]上海兆邦电力器材有限公司. 架空绝缘配电线路综合防雷措施的应用研究.
[2] 朱晓琛 , 杨成钢 , 李景禄 ,杨廷方 . 配电网故障及其控制措施研究[J]长沙电力学院学报(自然科学版),2004( 2 ) .
关键词：防雷；配网；技术；研究
中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：
1 、配电线路产生的雷电过电压概况
1 . 1 威胁配电线路的雷电过电压种类
1. 1. 1 直 击 雷
直击雷电过电压是雷直击配电线路时产生的过电压,流入的电流、产生的电压都极其大,而直接雷是对配电线路的相导线,以及电杆、铁塔、绝缘子、金件等所有配电线路构成物的落雷。
1. 1. 2 感 应 雷
感应雷电过电压是当配电线路附近的数目和构筑物等遭受落雷时,放电流电流引起的线路附近的电磁场急剧变化而产生的过电压。
1. 1. 3 逆 流 雷
在构筑物落雷时,若该构筑物的接地电阻搞,则接地电位上升大,有时雷电流的一部分侵入供电电源的配电线路侧,因构筑物电气回路构成,有时不在构筑物发生雷电损害,只在配电线路侧产生事故。
1 . 2 配网雷害与主网雷害区别分析
1.2.1 配网雷害的主要原因是感应过电压
雷闪击中输电线路附近地面,在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的输电线路上感应出过电压,即雷击感应过电压。经实测,过电压峰值最大可达300～400kV,對35kV及以下钢筋混凝土杆线路,易造成绝缘闪络。
1.2.2 主网雷害不同于配网雷害。
实际运行经验表明,不同电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因不同。具体而言,110kV线路雷击过电压主要是反击造成的;220kV线路反击和绕击造成跳闸的机会基本相当;500kV超高压输电线路雷击过电压主要是绕击造成的。其中,反击是雷击线路杆塔或避雷线时造成塔顶电位升高,对导线发生闪络,使导线出现过电压;绕击是雷电绕过避雷线直接击中导线,在导线上引起过电压。
1.2.3 110kV输电线路反击雷跳闸率高的原因在于:
(1)绝缘水平相对较低 ,当雷击中塔顶或避雷线时,线路绝缘子易闪络;(2)40～60kA水平电流概率大,使得出现反击雷的概率增大;(3)杆塔高度低,大地屏蔽效果好。
1.2.4 500kV输电线路绕击雷跳闸率高的原因在于:
(1)杆塔高,尺寸大。杆塔高容易产生迎面先导;而杆塔尺寸大,使得杆塔的暴露面积增大,引雷半径增大;(2)绝缘水平高 ,线路绝缘子不容易闪络,减小了反击雷跳闸率;(3)线路运行电压高 ,使线路导线周围空气易产生离子波,影响下行先导的发生和发展。
所以在配电网的建设和进一步改造中,对威胁的雷过电压必须深入认识产生原理,同时要注重防雷技术管理,进一步提高配电网供电系统的供电可靠性和安全性。
2 、 配网线路雷击断线与跳闸机理原因分析及预防
2 . 1 配网线路雷击断线与跳闸机理原因分析
2.1.1 绝缘导线易发生雷击断线跳闸的原因
雷击过电压击穿导线绝缘层并引起绝缘子闪络时,被击穿的绝缘层呈针孔状。雷击闪络后建弧形成工频短路电流的电弧弧根受周围绝缘层的阻隔,弧根只能在绝缘击穿点燃烧,在极短的时间内导线就会被整齐地烧断,特别是在耐张杆和终端杆导线的破口处,工频续流更加容易建弧形成相间短路,导致断线。因此,发生雷击闪络后及时切断工频续流是防止架空绝缘导线雷击断线的有效方法;通过提高线路的绝缘水平,防止雷击闪络,降低建弧率,也能有效的防止雷击断线。
2.1.2 工频续流是绝缘导线断线和跳闸的原因
雷电过电压幅值高,放电时间短,高电压能够击穿绝缘导线的绝缘层,使绝缘子发生闪络,同时使空气电离从而可能引起工频续流;由于10kV线路档距小且雷电过电压的波运动速度快,故多引起绝缘子在杆塔处闪络,特别是两相或三相同时闪络从而形成短路电弧通道。由于雷击闪络击穿点总是在线路的绝缘薄弱处,而同一杆塔上三相线路的绝缘不一定都存在薄弱点,因此闪络不一定在同一杆塔,但如果同杆上发生两相或者三相闪络,就有可能形成工频续流,引起数千安的工频短路电流,从而导致断线和跳闸。
绝缘导线雷击断线过程可简化描述如下:雷击过电压→击穿导线绝缘层,被击穿的绝缘层呈现一个针孔状→绝缘子闪络→建弧形成工频短路电流,电弧弧根受周围绝缘的阻隔,不能沿导线表面移动,只能固定在雷击闪络处→极短时间内导线被整齐烧断。与裸导线受雷击比较:雷击过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时,建弧形成的工频短路电弧在电动力以及空气气流等外力作用下,可以沿着导线表面向背离电源方向滑动,不会集中在某一点灼烧,并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前就会引起断路器动作,切断工频电弧,不会严重烧伤导线。
2.1.3 感应过电压是引起配电线路的雷害原因
三相线路上感应过电压基本相同,不会击穿线路之间空气间距,感应雷电波能够向杆塔两侧迅速传播,到达绝缘子附近绝缘薄弱处时,就向铁横担放电从而造成二相短路或者三相短路,导线的断点一般位于绝缘子附近,约在10～40cm范围内。配电线路的绝缘水平低,雷电直击配电线路及附近物体时的感应过电压都可能导致配电线路闪络事故。配电线路断线事故一般都伴随着雷击而同时产生,雷击是造成架空绝缘导线断线的主要原因。配电线路由于建筑物、树木等的屏蔽作用,一般很少发生直击或绕击雷事故,引起架空绝缘导线断线的主要原因是雷电感应过电压的破坏。
2.2.1防止配电线路雷击断线和跳闸的思路
防止线路断线和跳闸是配电线路防雷的主要任务。就配网架空线路而言,线路跳闸是因为变电站侧的保护装置认为线路发生了相间短路故障,断线则是相间短路的工频续流使得导线烧断。通过绝缘配合改变绝缘子闪络路径,将燃弧点从导线击穿点移到能耐受电弧灼烧的电极上,可防止断线。发生两相或三相相间闪络时,将金属性相间短路改变为相对高阻的导通,可防止跳闸。
3 、现时配网架空线路防雷技术措施比较
因为雷电电压可高达数百万到数千万伏,可使电气设备及配电线路出现绝缘击穿或闪络,同时雷电流可达到十千安到数百千安,虽然其实际作用时间很短,但其破坏力是不可忽视的,而现时10kV配电线路及其设备的绝缘水平是较低,为了减少雷害事故所造成的损失,必须采取有效的防雷措施,现在一般的防雷方法主要有以下几种:
(1)架空避雷线 :其优点为能有效降低线路雷电感应过电压,容易维护;其缺点是容易对线路形成反击闪络,投资成本较大,防止绝缘导线雷击断线效果不明显。
(2)氧化锌避雷器 :能有效截断工频续流,并且能有效限制雷电过电压,在闪络后吸收放电能量;但它安装时必须破开绝缘层,可能引起绝缘导线线芯进水,而导致导线弧垂处电化学腐蚀断线;并且氧化锌避雷器长期承受工频电压,加速氧化锌阀片老化,一旦损坏将会造成线路接地,必须进行定期检查维护。
(3)钳位绝缘子或穿刺线夹:钳位绝缘子能够借助断路器截断工频续流,使雷击过电压在金具和绝缘子之间定位闪络,固定工频续流电弧在金具上燃烧,避免导线烧伤;但是钳位绝缘子的安装工作量大,安装时必须破开绝缘层,可能引起绝缘导线线芯进水,有可能引起民电化学腐蚀断线;每次雷击后需要更换烧伤的金具,不能防止跳闸。
(4)提高线路绝缘水平 :采用绝缘横担或玻璃横担,能提高线路冲击耐压水平并且免维护;但更换绝缘子的投资成本较大,并且改变系统的绝缘配合,电缆、开关等其它设备受到影响。(如表1)
表 1 不同防雷方法优缺点的比较
通过上述分析和比较可以看出,不同思路和原理的防雷措施在配网架空线路防雷方面均有一定效果,但是围绕防止断线和跳闸两个重点,不同的防雷措施均有所不足,应该结合配电线路运行环境及雷害情况,充分发挥各种防雷措施特点,采取更有效的手段。
4 、结束语
总的来说，配电线路要避免雷击，降低雷击跳闸和断线的发生几率，在实际工作中就要落实好每个环节的预防，同时不断完善管理机制和体系，唯有这样才能使配电线路和设备得到安全的确保。
参考文献：
[1]上海兆邦电力器材有限公司. 架空绝缘配电线路综合防雷措施的应用研究.
[2] 朱晓琛 , 杨成钢 , 李景禄 ,杨廷方 . 配电网故障及其控制措施研究[J]长沙电力学院学报(自然科学版),2004( 2 ) .