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[摘要]近年来,根据故障分类统计,输电线路因雷击而引起的事故日益增多,对线路的安全运行造成了严重威胁,有部分电力110kV线路又是跨境线路,每次事故巡视不但浪费了巨大的人力、物力而且加大了运行维护人员的劳动强度,由此线路的防雷保护成了运行维护的重中之重,防雷保护迫在眉睫。文章重点对雷电对输电线路的危害及采取有效的技术防范措施作了简要的探讨。
[关键词]电力110kV输电线路防雷措施
中图分类号:TU856 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0293-01
一、雷电对电力输电线路的危害性
雷电正在越来越高发,目前,雷暴已紧随台风、暴雨,位列对我国影响最大的气象灾害第三位。雷电对输电线路安全运行危害极大,常常造成绝缘子闪络事故,特别在丘陵、交通不便的地区,给巡视、查找故障增加不少困难,雷电时常伴有瞬间大风与急雨,极大的风速常常造成高大树木倒落导线上、输电线振动、横向碰击和倒杆断线的发生,如对这些现象处理不及时的话,就会造成电力事故,严重时会危机人们生命财产的安全。因此,寻求更有效的线路防雷保护措施,一直是电力工作者关注的课题。根据2010年-2012年的输电线路统计,由于雷击造成的事故已占事故总数的45% ,是输电线路事故的第一原因。
二、降低雷击跳闸率的技术措施
架空线雷害事故的形成通常要经历4个阶段:即输电线路受到雷电过电压的作用,输电线路发生闪络,输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压,线路跳闸,供电中断。针对雷害事故形成的4个阶段,现代输电线路在采取防雷保护措施时,要做到“四道防线”,即:防直击,就是使输电线路不受雷直击,措施是沿线路装设避雷线;防闪络,就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络,措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻;防建弧,就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧,措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装避雷器等;防停电,就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应,措施是装设自重合闸等。根据以上分析和多年的运行经验得出,采取架设耦合地线、降低杆塔接地电阻及线路避雷器、增加绝缘子片数、采用自动重合闸装置等措施均可有效地降低雷击跳闸率。
2．1 架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还能起到分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位,可以减小线路绝缘子的电压和降低导线上的感应过电压。通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。标准规定,220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线, 110kV线路一般也应全线架设避雷线,35kV线路不宜全线架设避雷线,一般在变电所的进线段架设1～2km的避雷线,同时按照要求做好杆塔的接地。为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角尽量做得小一些,一般采用20°～30°。
2．2 降低杆塔接地电阻
高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比,根据各基杆塔的土壤电阻率的情况,尽可能地降低杆塔的接地电阻,这是提高高压送电线路耐雷水平的基础,是最经济、有效的手段。对于土壤电阻率较高的疑难地区的线路,则应跳出原有设计参数的框框,特别是要强化降阻手段的应用,如增加埋设深度,延长接地极的使用,就近增加垂直接地极的运用。对于运行中的线路因根据相应的规程要求,每年对全线杆塔基础接地电阻测量一次,并于历史数据进行比对,对接地电阻超规或相对于历史数据其接地电阻上升较快的杆塔,我们采取加降阻剂、挖深接地坑道改善接地土壤率的办法将接地电阻降低到规程规定的范围内。对采取以上措施还不能达标。因适时对线路的接地装置进行改造。
2．3 增加杆塔绝缘
由于输电线路个别地段采用高杆塔这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为提高线路绝缘,降低线路跳闸率,对丘陵高杆塔、大跨越及雷击频繁的杆塔我们常采用增加绝缘子片数或更换成防污瓷瓶(或更换成合成绝缘子)的方法以增加绝缘来提高耐雷水平。对检测出的零值、破损、雷击绝缘子及时更换。以确保其绝缘水平。用增加绝缘子片数或更换为大爬距的合成绝缘子的方法来提高线路绝缘,对防止雷击塔顶反击过电压效果较好,但对于防止绕击则效果较差,且增加绝缘子片数受杆塔头部绝缘间隙及导线对地安全距离的限制,因此线路绝缘的增强也是有限的。
2．4 装设自动重合闸
在一定的运行条件下,线路雷击跳闸是不可避免的,但应限制在一定范围内。由于线路绝缘具有自恢复性能,大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此,安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计,目前遵义供电局运行的110kV及以上的高压线路重合闸成功率达75%～95%,35kV及以下的线路成功率略低。因此,目前我公司变电站在各个电压等级的架空线路上都安装了自动重合闸装置。重合闸装置是作为线路防雷的一项重要措施,提高重合闸装置动作的可靠性,可有效地保证雷击跳闸后的供电可靠性。
2．5 架设耦合地线
在导线下方架设耦合地线的分流和耦合作用,使线路耐雷水平提高。耦合地线的作用主要有两个:一是增大避雷线与导线之间的耦合系数,从而激活绝缘子串两端电压的反击和感应电压的分量; 二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。对于110kV输电线路,不仅减少反击跳闸次数,也减少了一相导线绕击后再对另一相造成反击跳闸的机率。安装耦合地线一般适用于丘陵或山区跨越档,可以对导线起到有效的屏蔽保护作用,用等击距原理也就是降低了导线的暴露弧段。但对于老旧线路,因其受杆塔强度、对地安全距离、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素的影响,因此架设耦合地线对于旧线路不易实施。主要用于新建线路通过雷电活动强烈区时和其他防雷措施共同采用。
三、防雷的管理措施
防雷的技术措施固然重要,但也不能忽视防雷的管理措施,加强管理才能确保防雷的各项技术措施正常发挥作用。
3．1 加强线路的维护
根据季节的变化,保证线路走廊有足够的安全间隙。对大跨越、多雷区等特殊地区要按照《架空送电线路运行规程》做好维护工作。建立输电线路数据库,详实记录输电线路的各项参数的历史变化规律,同时将每年的测量数据与历史数据进行比对,找出变化的规律和趋势,有针对性的采取措施。
3．2 抓线路管理的源头
运行单位要提前参与线路规划、涉及和建设,新建线路应要求运行单位参与方案的制定和审查,工程建设的管理,从源头上确保各项技术措施的落实。对于新投产的线路,做好线路的验收工作,主要抽查接地体的埋深是否符合规程的要求,射线长度是否达到设计的长度,并建立杆塔接地电阻值、埋深、走向等原始技术台账。要真抓实干、保证新建工程不留尾巴。线路遭受雷击既然是不可预测,不可避免的,但雷电活动是小概率事件,随机性强,要做好送电线路的防雷工作,就必须抓住其关键点,制定有针对性的防雷措施,提高高压送电线路的耐雷水平,尽量减少雷害的发生,将雷害带来的损失降低到最低限度。
四、结束语
在电力系统中,由于架空输电线路所处的地理环境,相对于电力系统的其他设备,架空输电线路遭受雷击的几率远远大于其他系统。文章结合110kV高压输电线路的雷害情况,通过对雷击线路的危害及线路雷击跳闸的两種主要表现形式的特点进行了介绍和分析,并提出了防范保护措施。
[关键词]电力110kV输电线路防雷措施
中图分类号:TU856 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0293-01
一、雷电对电力输电线路的危害性
雷电正在越来越高发,目前,雷暴已紧随台风、暴雨,位列对我国影响最大的气象灾害第三位。雷电对输电线路安全运行危害极大,常常造成绝缘子闪络事故,特别在丘陵、交通不便的地区,给巡视、查找故障增加不少困难,雷电时常伴有瞬间大风与急雨,极大的风速常常造成高大树木倒落导线上、输电线振动、横向碰击和倒杆断线的发生,如对这些现象处理不及时的话,就会造成电力事故,严重时会危机人们生命财产的安全。因此,寻求更有效的线路防雷保护措施,一直是电力工作者关注的课题。根据2010年-2012年的输电线路统计,由于雷击造成的事故已占事故总数的45% ,是输电线路事故的第一原因。
二、降低雷击跳闸率的技术措施
架空线雷害事故的形成通常要经历4个阶段:即输电线路受到雷电过电压的作用,输电线路发生闪络,输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压,线路跳闸,供电中断。针对雷害事故形成的4个阶段,现代输电线路在采取防雷保护措施时,要做到“四道防线”,即:防直击,就是使输电线路不受雷直击,措施是沿线路装设避雷线;防闪络,就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络,措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻;防建弧,就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧,措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装避雷器等;防停电,就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应,措施是装设自重合闸等。根据以上分析和多年的运行经验得出,采取架设耦合地线、降低杆塔接地电阻及线路避雷器、增加绝缘子片数、采用自动重合闸装置等措施均可有效地降低雷击跳闸率。
2．1 架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还能起到分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位,可以减小线路绝缘子的电压和降低导线上的感应过电压。通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。标准规定,220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线, 110kV线路一般也应全线架设避雷线,35kV线路不宜全线架设避雷线,一般在变电所的进线段架设1～2km的避雷线,同时按照要求做好杆塔的接地。为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角尽量做得小一些,一般采用20°～30°。
2．2 降低杆塔接地电阻
高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比,根据各基杆塔的土壤电阻率的情况,尽可能地降低杆塔的接地电阻,这是提高高压送电线路耐雷水平的基础,是最经济、有效的手段。对于土壤电阻率较高的疑难地区的线路,则应跳出原有设计参数的框框,特别是要强化降阻手段的应用,如增加埋设深度,延长接地极的使用,就近增加垂直接地极的运用。对于运行中的线路因根据相应的规程要求,每年对全线杆塔基础接地电阻测量一次,并于历史数据进行比对,对接地电阻超规或相对于历史数据其接地电阻上升较快的杆塔,我们采取加降阻剂、挖深接地坑道改善接地土壤率的办法将接地电阻降低到规程规定的范围内。对采取以上措施还不能达标。因适时对线路的接地装置进行改造。
2．3 增加杆塔绝缘
由于输电线路个别地段采用高杆塔这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为提高线路绝缘,降低线路跳闸率,对丘陵高杆塔、大跨越及雷击频繁的杆塔我们常采用增加绝缘子片数或更换成防污瓷瓶(或更换成合成绝缘子)的方法以增加绝缘来提高耐雷水平。对检测出的零值、破损、雷击绝缘子及时更换。以确保其绝缘水平。用增加绝缘子片数或更换为大爬距的合成绝缘子的方法来提高线路绝缘,对防止雷击塔顶反击过电压效果较好,但对于防止绕击则效果较差,且增加绝缘子片数受杆塔头部绝缘间隙及导线对地安全距离的限制,因此线路绝缘的增强也是有限的。
2．4 装设自动重合闸
在一定的运行条件下,线路雷击跳闸是不可避免的,但应限制在一定范围内。由于线路绝缘具有自恢复性能,大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此,安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计,目前遵义供电局运行的110kV及以上的高压线路重合闸成功率达75%～95%,35kV及以下的线路成功率略低。因此,目前我公司变电站在各个电压等级的架空线路上都安装了自动重合闸装置。重合闸装置是作为线路防雷的一项重要措施,提高重合闸装置动作的可靠性,可有效地保证雷击跳闸后的供电可靠性。
2．5 架设耦合地线
在导线下方架设耦合地线的分流和耦合作用,使线路耐雷水平提高。耦合地线的作用主要有两个:一是增大避雷线与导线之间的耦合系数,从而激活绝缘子串两端电压的反击和感应电压的分量; 二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。对于110kV输电线路,不仅减少反击跳闸次数,也减少了一相导线绕击后再对另一相造成反击跳闸的机率。安装耦合地线一般适用于丘陵或山区跨越档,可以对导线起到有效的屏蔽保护作用,用等击距原理也就是降低了导线的暴露弧段。但对于老旧线路,因其受杆塔强度、对地安全距离、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素的影响,因此架设耦合地线对于旧线路不易实施。主要用于新建线路通过雷电活动强烈区时和其他防雷措施共同采用。
三、防雷的管理措施
防雷的技术措施固然重要,但也不能忽视防雷的管理措施,加强管理才能确保防雷的各项技术措施正常发挥作用。
3．1 加强线路的维护
根据季节的变化,保证线路走廊有足够的安全间隙。对大跨越、多雷区等特殊地区要按照《架空送电线路运行规程》做好维护工作。建立输电线路数据库,详实记录输电线路的各项参数的历史变化规律,同时将每年的测量数据与历史数据进行比对,找出变化的规律和趋势,有针对性的采取措施。
3．2 抓线路管理的源头
运行单位要提前参与线路规划、涉及和建设,新建线路应要求运行单位参与方案的制定和审查,工程建设的管理,从源头上确保各项技术措施的落实。对于新投产的线路,做好线路的验收工作,主要抽查接地体的埋深是否符合规程的要求,射线长度是否达到设计的长度,并建立杆塔接地电阻值、埋深、走向等原始技术台账。要真抓实干、保证新建工程不留尾巴。线路遭受雷击既然是不可预测,不可避免的,但雷电活动是小概率事件,随机性强,要做好送电线路的防雷工作,就必须抓住其关键点,制定有针对性的防雷措施,提高高压送电线路的耐雷水平,尽量减少雷害的发生,将雷害带来的损失降低到最低限度。
四、结束语
在电力系统中,由于架空输电线路所处的地理环境,相对于电力系统的其他设备,架空输电线路遭受雷击的几率远远大于其他系统。文章结合110kV高压输电线路的雷害情况,通过对雷击线路的危害及线路雷击跳闸的两種主要表现形式的特点进行了介绍和分析,并提出了防范保护措施。