500kV架空输电线路雷电分析及防雷措施

关键词：跳闸线路输电电网

随着经济的发展, 对架空输电线路供电可靠性的要求越来越高。同时伴随着电网的发展, 雷击架空输电线路引起的跳闸、停电事故绝对值也日益增多。据电网故障分类统计表明, 在我国跳闸率较高的地区, 高压线路运行的总跳闸次数中, 由于雷击原因的事故次数约占50%~70%。尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的山区, 雷击架空输电线路引起的事故率更高, 带来巨大的损失。

1 从内蒙来看, 每年都发生雷击线路掉闸故障, 主要集中在山区的输电线路, 地形剧变、山峦起伏

雷击已成为影响输电线路安全可靠运行的最主要因素。内蒙古自治区的部分地区平均年雷暴日数一般在20个及以下。由于环境条件的不断劣化, 雷击引起的输电线路掉闸故障也日益增多, 不仅影响设备的正常运行, 而且极大地影响了日常的生产和生活。

2 直击、绕击、反击现象的可能原因及简要分析

(1) 直击 (雷直击铁塔顶部、雷直击避雷线中央) 和反击 (过高的接地电阻, 造成塔顶电位大幅度上升) 现象大体相同, 其耐雷水平在规程中也是做统一规定, 由于篇幅有限, 在这我们把它们列入一起进行阐述, 而绕击现象与直击和反击不同, 它也是引起高压送电线路跳闸的主要原因, 也是我们今后防雷工作的重点。

雷电直击、反击跳闸一般雷电流较大, 如5 0 0 k V典型铁塔反击耐雷水平可达125k A~175k A, 雷电反击一般有下列特征: (1) 多相故障一般是由直击引起; (2) 水平排列的中相或上三角排列的上相故障一般是由雷电反击引起; (3) 档中导地线之间雷击放电 (极为罕见的小概率事件) 的, 一般是雷电直击、反击引起; (4) 一次跳闸造成连续多级铁塔闪络的, 有可能是雷电直击、反击引起。

(2) 雷电绕击导线引起绝缘闪络对应的雷电流幅值较小, 如500k V线路绕击耐雷水平为22k A~24k A。理论分析和国内外实践经验表明超高压线路尤其是山区线路存在明显的绕击现象。雷电绕击故障一般有下列特征: (1) 雷电绕击一般只引起单相故障; (2) 导线上非线夹部位有烧融痕迹 (有斑点或结瘤现象或导线雷击断股) 的, 一般是雷电绕击引起; (3) 水平排列的中相或上三角排列的上相导线一般不可能雷电绕击跳闸; (4) 水平或上三角排列的边相或鼓形排列的中相有可能雷电绕击; (5) 雷电绕击电流与导线保护角和塔高度有关, 当雷电流幅值较大时, 绕击的可能性较小。

(3) 对于雷电反击故障, 降低接地电阻、加强线路绝缘、加装耦合地线、安装线路避雷器比较有效, 对于雷电绕击故障, 减小避雷线保护角、安装线路避雷器、加装耦合地线比较有效。对于双回路或多回线路, 差绝缘配置有一定效果。

这里说明以下, 雷直击避雷线中央, 根据运行经验, 这种情况很少发生, 只要导、地线距离满足=0.012L+1 (米) 既可。S为导、地线距离, L为线路档距。在铁塔设计时已经考虑。

(4) 下面是对直接雷过电压的认识。

(1) 雷击线路铁塔或避雷线时, 雷电流通过雷击点阻抗, 使该点地点位大大升高, 当该点的电位与导线的电位差超过绝缘的冲击放电电压时, 将会发生闪络, 这种情况通常称为反击。

(2) 雷电直接击中导线, 或绕过避雷线击中导线即发生绕击。

影响直接雷过电压的6个主要参数:接地电阻, U50%, 保护角, 山体坡度, 塔高度, 导、地线平均高度。

我们对这几个主要参数进行简单的分类。

影响反击的参数:接地电阻, U50%, 杆塔高度, 导线平均高度。

影响绕击的参数:U50%, 保护角, 山体坡度, 杆塔高度, 导、地线平均高度

在这6个参数中, 接地电阻, U50%, 保护角等三个参数的可控性相对较高, 可以在一定条件下加以改善;山体坡度, 杆塔高度, 导、地线平均高度可控性相对较低。

3 针对内蒙地区500k V超高压输电线路, 采

取降低杆塔的接地电阻、调整架空地线保护角、安装架空地线防绕击避雷针、安装线路可控放电避雷针四个方面进行分析及措施

3.1 降低杆塔的接地电阻

杆塔接地电阻增加主要有以下原因。

(1) 接地体的腐蚀, 特别是在山区酸性土壤中, 或风化后土壤中, 最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀, 最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处, 由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。有时会发生因腐蚀断裂而使杆塔“失地”的现象。还有就是接地体的埋深不够, 或用碎石、砂子回填, 土壤中含氧量高, 使接地体容易发生吸氧腐蚀, 由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大, 甚至使接地体在焊接头处断裂, 导致杆塔接地电阻变大, 或失去接地。

(2) 在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。

(3) 在施工时使用化学降阻剂, 或性能不稳定的降阻剂, 随着时间的推移降阻剂的降阻成分流失或失效后使接地电阻增大。

(4) 外力破坏, 杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。

超高压输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, 这是提高超高压输电线路耐雷水平的基础, 是最经济、有效的手段。

3.2 采取的措施

(1) 对线路中测出的接地电阻不合格的杆塔的接地电阻进行重新测试;并测试土壤电阻率。

(2) 对查出的接地电阻不合格的杆塔接地放射线进行开挖检查, 重新对本杆塔的敷设接地线, 并进行焊接。

(3) 对检查中发现已烂断或无接地引下线的杆塔接地装置进行焊接, 并对接地电阻重新测试, 不符合规定的重新进行敷设。

(4) 对被浇灌在保护帽内的接地引下线, 采取的方式可为将引下线从保护帽内敲出, 再重新浇灌保护帽或将引下线锯断重新进行焊接。

(5) 对重新敷设的接地电阻不合格的杆塔, 再次使用降阻剂进行改造。

3.3 调整架空地线保护角

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应做得小一些, 一般500k V及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线, 保护角在15°及以下。

采取措施:雨季前, 我们针对内蒙500k V输电线路, 雷区频繁发生的区域分段进行了架空地线保护角间隙的调整。

3.4 安装架空地线避雷针

通过在架空地线上合理装设防绕击避雷针, 有效地增强其屏蔽性能和引雷作用, 将可能遭受的绕击转化为反击加以控制, 大幅度降低雷击故障跳闸率。研究表明, 在架空地线上合理装设防绕击避雷针, 可有效地增强其屏蔽性能和引雷作用, 将可能遭受的绕击控制转化为反击, 大幅度降低雷击故障跳闸率。

采取措施:我们在内蒙500k V架空输电线路永丰线Ⅰ、Ⅱ回线路上在雷电频繁发生的区域分段加装了架空地线防绕击避雷针, 图1, 图2所示。

3.5 安装线路可控放电避雷针

安装线路可控避雷针可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作, 给雷电流提供一个低阻抗的通路, 使其泄放到大地, 从而限制了电压的升高, 保障了线路、设备安全。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时, 避雷器就加入分流, 保证绝缘子不发生闪络。

加装线路可控放电避雷针以后, 当输电线路遭受雷击时, 雷电流的分流将发生变化, 一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔, 一部分经塔体入地, 当雷电流超过一定值后, 避雷针动作加入分流。大部分的雷电流从可控避雷针流入导线, 传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时, 由于导线间的电磁感应作用, 将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为可控避雷针的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流, 这种分流的耦合作用将使导线电位提高, 使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压, 绝缘子不会发生闪络, 因此, 线路可控避雷针具有很好的钳电位作用, 这也是线路可控避雷针进行防雷的明显特点。

采取措施:我们在雷击跳闸较频繁的超高压输电线路上选择性安装线路可控放电避雷针。在内蒙500k V架空输电线路托-源线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回线路上分段安装了可控放电避雷针图3, 图4, 图5所示。