二、防范措施
对于线路防雷工作,应按照“层层设防,突出重点,因地制宜,兼顾财力”的原则进行,采取各种有效措施为线路设置一道道有力的屏障,防止雷电波的侵入,提高线路的耐雷水平,避免或减少线路绝缘发生闪络,从根本上降低雷击跳闸率。结合我省线路运行实际状况,提出以下防雷措施,仅供参考:
1、降低杆塔接地电阻
降低杆塔接地电阻是最直接、最有效的防雷措施之一。接地电阻阻值的高低是影响杆(塔)顶电位高低的关键性因素。接地电阻越小,雷击时杆(塔)顶电位就越低,对线路造成的过电压也就越小,从而使线路的耐雷水平得到提高。
在《电力工程高压送电线路设计手册》和《电力设备过电压保护设计技术规程》中规定:有避雷线线路,每基杆塔不连避雷线的工频接地电阻,在雷季干燥时,不宜超过表3所列数值。
表3:有避雷线架空电力线路杆塔的工频接地电阻
土壤电阻率(欧·米) | 100及以下 | 100以上 至500 | 500以上 至1000 | 1000以上 至2000 | 2000以上 |
接地电阻(欧) | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
一般来说,杆塔接地电阻若满足表3中的要求,则在大多数情况下,不超过输电线路耐雷水平(见表4)的雷电流侵入时就不易对线路造成闪络。
表4:有避雷线的输电线路的耐雷水平(千安)
额定电压(千伏) | 35 | 60 | 110 | 154 | 220 | 330 |
一般线路 | 20~30 | 30~60 | 40~75 | 90 | 80~120 | 100~140 |
大跨越中央和 进线保护段 | 30 | 60 | 75 | 90 | 120 | 140 |
这其中比较特殊的是高杆塔。高杆塔由于本身高度的影响,自身电感较大,容易遭受雷击。雷击放电时杆(塔)顶电位升高,易使绝缘闪络。同时,基于高杆塔重要性的考虑,对高杆塔接地电阻的要求比其他杆塔都要严格,其阻值不应超过表3所列数值的50%。
此外,对于雷电活动特别频繁地区的接地电阻,不能仅仅满足于其阻值符合要求,而应继续开展降阻工作,以进一步提高其耐雷水平。
那么,接地电阻满足了要求,是否一定能防止雷电流的危害呢?一些线路运行单位投入了大量的资金,改善了线路的接地电阻,但此后线路还是屡屡遭受雷击,经多次检查、测试才发现,故障杆段由于砼杆制造质量不良和运行年限较长等原因,杆内的钢筋已经锈断,砼杆经导通测试其阻值远远超标。因此,要想从根本上降低杆塔的接地电阻,必须做好两方面的工作:一是降低杆塔接地体处的接地电阻,二是改善砼杆内钢筋的接触电阻,两手都要抓,两手都要硬。在此要强调的是要从源头上抓好砼杆的导通测试工作。从新线路架设开始,就要对砼杆逐基进行检测,对于内阻不合格的砼杆坚决不予挂网运行。此外,对于已运行多年的不合格砼杆,应严格按《二十五项反措》要求,从杆顶外引接地扁钢,与接地引下线相连。只有这样,才能保证雷电流能迅速泄导入大地,保护线路不受闪络。
2、提高线路耐雷水平,加强线路绝缘
绝缘子性能的优劣将直接影响到线路的绝缘水平。线路运行单位应加强对绝缘子的全过程管理,加大对绝缘子的检测力度,严把质量检验关,防止劣质绝缘子挂网运行。对于已经挂网运行的绝缘子,应严格按照《架空送电线路运行规程》的规定定期对零、低值绝缘子进行检测,对不合格的应及时更换,并对绝缘子的劣化率进行统计和分析,确保线路绝缘始终满足运行要求。
此外,对于个别特殊区段和一些雷击频繁地区,可采取一些有针对性的措施,适当加强线路的绝缘配合,以提高其耐雷水平。
通常情况下220KV线路单串悬垂绝缘子串的绝缘子为13片,单串耐张绝缘子串的绝缘子为14片,基本能满足防雷要求。但为了进一步增强线路的耐雷水平,提高绝缘子串承受的50%冲击放电电压值,每串绝缘子串可适当增加2片。实践证明,一些增加了2片绝缘子的新线路投入运行后,耐雷水平大大增强,很少发生雷击跳闸事故。
《电力设备过电压保护设计技术规程》规定,全高超过40M有避雷线的高塔,其高度每增高10M就要增加一片绝缘子,以加强线路绝缘,防止雷击塔顶时因塔顶电位升高而反击线路,导致线路跳闸。
合成绝缘子以其重量轻、强度高、免维护、防污性能好等特点深受一些线路运行单位的青睐,广泛使用于线路的不同区段。但运行经验表明,在多雷区使用合成绝缘子,往往容易造成雷击跳闸事故。究其原因,合成绝缘子虽有上述重量轻、强度高、免维护、防污性能良好等优点,但其缺点也是显而易见的——常规尺寸的合成绝缘子的防雷性能较差,如220KV线路上的合成绝缘子雷电全波冲击耐受电压仅有1000KV,而相同电压等级线路上的瓷绝缘子雷电全波冲击耐受电压却高达1200KV,比合成绝缘子高出20%。因此,为提高雷电活动频繁地区挂网运行的合成绝缘子的防雷性能,在省公司制定的《江西电网电网合成绝缘子技术管理规程》中规定:“雷电活动频繁地区使用合成绝缘子,其结构高度应比常规尺寸增加10%~15%。”
3、装设避雷线
避雷线又名架空地线,主要对导线起屏蔽作用,用来分流雷电流,避免雷电直击导线。避雷线敷设于导线上方,一般沿全线架设,保护范围成带状,最适合保护导线,因此常常在线路上作为防雷的主保护。一般来说,220KV及以上线路应沿全线架设双避雷线,110KV线路应沿全线架设单避雷线(雷电活动频繁地区应架设双避雷线),35KV线路一般不沿全线架设避雷线,但应在变电所进出线1~2KM架设避雷线。通过将架设避雷线和降低杆塔接地电阻这两种方法有机地结合起来,能最大程度地泄导直击杆(塔)顶的雷电流,避免线路发生闪络。
对于已经装设了避雷线的线路,其接地电阻受条件限制很难降低时,可在导线下方增加一条架空地线,称为耦合地线。耦合地线虽然不能减少绕击率,但在雷电直击杆(塔)顶和反击线路时能增大对相邻杆塔的分流系数和导、地线间的耦合系数,从而保护线路不发生闪络。一些经常遭受雷击的线路在加装了耦合地线后,线路雷击跳闸率降低了一半左右。
4、加装避雷针
对于一些雷电频繁活动区段,可在杆顶加装避雷针。避雷针不能避雷,只能引雷。雷云放电时,避雷针的针尖将成为感应电荷的焦点,雷电流沿着放电通道对避雷针进行主放电,并迅速泄导入大地,保护线路不发生闪络。
在防止绕击雷方面,一些单位已经做了很好的尝试。通常在绕击雷活动频繁区段加装负角保护针,该保护针为上翘30度长约2.4M的屏蔽针,安装在线路两边相,可有效防止雷电绕击,它与架设在导线上方的避雷线(避雷针)相互配合,截断直击雷和绕击雷效果显著,起到了很好的屏蔽效果。
5、加装线路避雷器
对于一些雷电活动特别频繁且接地电阻经改造仍达不到要求的杆段,应广泛使用线路避雷器。线路避雷器实质上是一个非线形电阻,电压越高,电阻越小。它与绝缘子并联在杆塔上,当雷击杆塔或避雷线时,其串联间隙放电,因其雷电动作伏——秒特性比绝缘子低,故能保证绝缘子不再闪络,避免了线路跳闸停电。线路避雷器在防止雷电直击杆(塔)顶、避雷线和绕击导线后对绝缘子的冲击闪络方面有很好的效果,但因其价格昂贵,故运行单位应结合本地区历年来的线路雷击跳闸情况、线路所经的地形及运行经验等进行综合考虑,合理选择安装位置,以充分利用有限资金达到最佳效益。
6、装设线路自动重合闸装置
输电线路遭受雷击跳闸一般都是瞬时性接地故障,大多数情况下都能在线路跳闸后自动重合成功,因此,装设线路自动重合闸装置,对于提高线路的供电可靠性大有裨益。
7、良好的接地
除了前面谈到的改善接地电阻所做的人工接地外,还应尽量利用拉线、杆塔的金属部分、铁塔基础等做自然接地。良好的接地是线路得以安全运行的根本保障。前面提到的架设避雷线、加装避雷针等防雷措施实质上只能起到较好的引雷效果,若接地满足不了要求,雷电流就会泄导不畅,反而会造成杆(塔)顶电位升高,对线路进行反击。因此,防雷与接地密不可分,难以割舍,必须协同一致,相互配合,线路防雷工作才能卓有成效。
总体来说,线路发生雷击跳闸的原因是多方面的,以上防雷措施不一定都能奏效。因此在选择线路防雷措施前必须先查明线路遭受雷击的原因,再对症下药,采取一些有针对性的措施,防雷工作才能起到实效,线路雷击跳闸率才有可能从根本上得到控制。
参考文献:
[1] 电力工程高压送电线路设计手册
[2] SDJ 7-79,电力设备过电压保护设计技术规程
[3] 架空送电线路运行规程
[4] 防止电力生产重大事故的二十五项重点要求