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銅陵電網輸電線路雷擊故障分析及對策
[ 通信界 / 朱寧1 任寅平2 銅陵供電公司 / www.6611o.com / 2009/4/1 9:10:43 ]
 
  摘  要:輸電線路因雷擊引起的跳閘故障較多,本文對銅陵地區220kV輸電線路雷擊跳閘進行統計,分析影響線路反擊、繞擊跳閘的接地電阻、絕緣配置、桿塔高度、地形、保護角等因素。并針對不同的因數,對輸電線路的運行維護提出合理建議。 
  關鍵詞:輸電線路;防雷;避雷器 
 
 
一、引言
  銅陵地區地處長江中下游,是典型的亞熱帶季風氣候區,在眾多的山地丘陵中,含有銅、鐵、黃金等多種金屬礦產,年平均雷暴日為40天,雷電活動頻繁。銅陵地區毗鄰長江,河流、湖泊等水系較多,境內高山、丘陵連綿起伏,在地形、氣候、接地電阻、桿塔結構等多種因素的影響下,雷擊輸電線路引起的線路跳閘故障較多,在2007年統計線路的13次跳閘中,雷擊跳閘就7次,占線路跳閘總數的53.8%。日益增多的雷擊線路跳閘,不僅影響到設備的安全運行,也極大的影響到人們的日常的生產、生活。
二、雷電跳閘分析
表1:銅陵地區220kV線路雷擊故障情況統計表
時間
閃絡桿塔
閃絡位置
環境
類型
塔高/m
2007-3-23
桂庫2889線22號
A相
山腳
反擊
38.5
2007-8-6
繁朱2873線79號
A相
山坡
繞擊
42.2
2006-8-24
周新2893線27號
A相
半山腰
繞擊
45
2006-8-24
桂庫2889線102號
C相
水田
繞擊
39
2005-4-29
桂新2897線11號
B相
平地
繞擊
44.5
2003-7-22
朱陳2883線80號
A相
山頭
繞擊
23.7
2000-8-13
朱陳2883線134號
C相
山洼
反擊
32.2
2000-6-3
朱桂2882線26號
A相
小山坡
反擊
27
  2000-2007年,銅陵電網220kV輸電線路共發生8次雷擊跳閘,2006、2007年,雷擊跳閘率一直維持在0.514次/百千米·年,高于國網公司要求的0.315次/百千米·年。在歷次線路雷擊跳閘中,繞擊多發生在山區或桿塔較高的線路段;反擊主要是由接地電阻過大或雷電流太強等因素造成。結合歷次線路雷擊跳閘,由理論知識  
分析影響線路雷擊故障的具體因素:
  1、近年來雷電活動逐年增強,線路雷擊故障也有所增多。表2雷電定位信息系統中銅陵地區雷電統計顯示,排除缺少數據的2006年,從2002至2007年,雷電數一直都在增加,可見銅陵地區雷電活動是在逐年增強的。全年雷電活動最強烈7、8月份,線路雷擊故障超過半數。
表2:安徽電網雷電定位信息系統銅陵地區參數統計表
年份
雷電日
雷電小時
正雷電數
負雷電數
總雷電數
總回擊數
2002
251
2633
15801
169211
185012
184760
2003
210
2825
28049
337964
366013
361965
2004
286
5521
55881
909685
965566
868816
2005
209
3866
60785
921452
982237
908384
2007
139
3167
104015
2111832
2215847
1955349
  2、影響線路繞擊的因素。從造成220kV線路跳閘的雷擊類型來看,其中繞擊為62.5%,占絕大多數。國內外普遍采用電氣幾何模型分析輸電線路的繞擊跳閘,在電氣幾何模型分析中(見圖1),影響導線繞擊暴露弧BC的參數有保護角α、地面傾角、導地線對地距離,而影響導地線對地距離的有桿塔高度、地形等因素。故障統計中,故障桿塔高度超過35m的占80%,故障發生地點處于山坡或半山腰的占60%,可見在保護角確定的情況下,桿塔高度和地形是影響線路繞擊率的重要參數。

圖1:輸電線路的電氣幾何模型
 
2.1保護角和桿塔高度。
  保護角和桿塔高度是影響繞擊的重要參數。跟據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》L/T 620-1997規程的經驗公式計算出不同桿塔高度的繞擊率隨保護角而變化的曲線見圖2,從圖中可以看到,在負保護角時,線路繞擊率接近零,而隨著保護角的變大,繞擊率顯著增大。圖中還顯示,桿塔高度越高,線路繞擊率也越高。

圖2:繞擊率與線路保護角、桿塔高度之間關系
  近年來,新投運的220kV線路同桿雙回路鼓型塔繞擊跳閘次數較多,該塔型中相保護角小于15度,保護角并不偏大。但由電氣幾何模型分析得知,導線的暴露弧受到避雷線和地面共同作用,由于鼓型塔塔身較高,中相導線離避雷線和地面距離較大,又在其他兩項導線外側,使得避雷線和地面的屏蔽作用減弱,導線暴露弧增大,線路繞擊率升高。同屬該塔形的桂新2897線11號塔、桂庫2889線102號塔遭受繞擊跳閘的均為中相。
 
2.2地形對繞擊率的影響。
  輸電線路在山區,經過的地形主要有平地、沿坡、山頂、山谷、爬坡、跨溝6類,由電氣幾何模型分析可知,能夠影響線路繞擊率的地形有沿坡、山頂、和跨溝三類。沿坡地形線路的下坡側,山頂地形線路的兩側,其坡度構成電氣幾何模型中的地面傾角,顯然,有地面傾角的一側,地面對導線的屏蔽作用減弱,更容易發生繞擊;在跨溝地形中,檔距中間導地線,離地面距離過大,地面的屏蔽作用減弱,繞擊率上升。

圖3:影響線路繞擊的三種地形
  3、影響線路反擊的因素。當雷擊塔頂或避雷線,雷電流超過桿塔的耐雷水平時,就會引起絕緣子閃絡,導致線路反擊跳閘。影響桿塔耐雷水平的主要因素有桿塔接地電阻、絕緣配置等。
  3.1接地電阻。在桿塔形式、絕緣配置確定的情況下,接地電阻是影響線路反擊耐雷水平的主要因數,F利用銅陵電網220kV線路中使用較多的Z1型鐵塔計算在不同的接地電阻情況下各自的耐雷水平,見表3。表中數據顯示,隨著接地電阻的增加,線路的耐雷水平明顯降低,而伴隨著線路耐雷水平的降低,出現超過耐雷水平的雷電流概率增加,線路所受威脅就越大。
 
表3: Z1型鐵塔邊相反擊耐雷水平與接地電阻的關系
接地電阻
10
20
25
30
35
40
45
50
耐雷水平/kA
104.3
73.6
64.2
56.9
51.1
46.4
42.4
39.1
P1
6.52%
14.57%
18.65%
22.57%
26.27%
29.74%
32.96%
35.94%
                   注:P1為雷電流超過耐雷水平的概率
  220kV桂庫線22號塔雷擊跳閘主要原因就是接地電阻連接不規范,使用鋼絲卡連接,在強雷電流沖擊下,連接失效,使得接地電阻驟升,導致線路跳閘。
  3.2絕緣配置。線路絕緣配置的提高,絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓值隨之提高,使得線路耐雷水平的上升。2007年銅陵公司對220kV線路進行調爬,提高了線路絕緣配置,圖4中是調爬前15片FC70/127和調爬后14片XWP2-100線路耐雷水平的變化,可見線路耐雷水平明顯提高。

圖4:220kV線路調爬對線路耐雷水平的影響
  絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓值受到絕緣子表面污穢程度的影響,根據有關資料表明,對于污穢較重的絕緣子,其雷電沖擊水平會有明顯下降,一般可下降6%-10%,最嚴重時可下降15%-35%。
 
三、防雷措施
  針對引起線路雷擊跳閘的原因,總結和制定相應的技術措施如下:
1、充分利用雷電定位信息系統。
  利用雷電定位信息系統,分析線路各段的落雷密度,再結合地形地貌,為制定相應措施提供依據。
2、改善接地電阻。
  (1)降低接地電阻,是防止線路雷擊反擊跳閘的基本技術措施。在新建線路基建過程中,加大對隱蔽工程的監督驗收工作,防止接地體違規連接,盡量避免采用降阻劑來降低接地電阻。
 。2)銅陵地區屬于重污區,接地容易受到酸雨的腐蝕,在歷年接地普測中,從接地開挖檢查結果來看,桿塔接地銹蝕嚴重,部分桿塔接地甚至銹斷。在巡視線路時,要重點觀察接地引下線是否銹蝕,對銹蝕的接地引下線要及時處理。同時,要積極采取有效的防腐技術手段,在銹蝕嚴重的地段,可試用防腐涂料涂刷接地體。
 。3)對山區受地質、地形影響,接地電阻難以降低的地區,使用的接地模塊等方法來降低接地電阻。
2、絕緣配置是影響線路耐雷水平的重要參數,而銅陵地區的嚴重污染降低了絕緣子的絕緣性能,影響到線路的耐雷水平。為減小絕緣子絕緣性能降低帶來的影響,在滿足空氣間隙和風偏的情況下加1-2片絕緣子;使用合成絕緣子時,適當采用高絕緣性能的合成絕緣子。在日常維護中,特別是雷雨季節來臨之前,對發現的零值絕緣子要及時更換,對污染嚴重的絕緣子串進行清掃或更換。
 
3、安裝氧化鋅避雷器。
  線路型氧化鋅避雷器是利用氧化鋅閥門柱具有的非線性伏安特性和通流能量大的特點制造的過電壓放電器,它連接在導線上呈高阻狀態,電力系統與地面之間幾乎是絕緣狀態;當系統出現雷電過電壓達到起始動作電壓值時,其電阻率驟然下降,迅速泄流,從而有效保護絕緣子不發生閃絡。
  國內外廣泛使用氧化鋅避雷器用于輸電線路的防雷,并取得良好效果。安裝氧化鋅避雷器能后不僅能明顯提高線路的反擊耐雷水平,還能夠在雷擊導線時,通過泄流而保護絕緣子免遭閃絡,有效的防止線路繞擊故障。
  如果每基桿塔都加裝避雷器,可以有效的保護線路不發生雷擊故障,但由于線路桿塔數量多,加裝成本太高。為使得安裝更科學、經濟,安裝避雷器應符合以下原則:
 。1)對有雷擊記錄的桿塔,分析故障類型是繞擊還是反擊,根據不同的故障原因采取相應的安裝方案;
 。2)結合雷電定位系統,對沒有雷擊跳閘記錄,但落雷密度大,反擊耐雷水平低的桿塔,可根據現場實際安裝避雷器提高線路反擊耐雷水平;
 。3)對山區處于沿坡、山頂、和跨溝地形的線路,在計算出繞擊率高的桿塔,在沿坡的外邊坡側,山頂的兩側,跨溝的兩側安裝避雷器;桿塔較高,周圍有水系的桿塔,兩邊相安裝避雷器。
  我們選擇落雷密度大、線路易受繞擊的220kV周新2893/2894線27-33號線路段分析避雷器的效果。周新線22-33號線路段緊鄰長江,穿越笠冒山,受地形影響,該處落雷密度大;線路桿塔為雙回路鼓型塔,兩側有地面傾角,容易繞擊;歷史上該段有繞擊、反擊跳閘記錄。該段的29號、33號兩基塔地勢較高、接地電阻較大,避雷線保護角為12.5度、絕緣子型號為FXBW-220/100,沖擊接地電阻分別為10Ω、15Ω。為能夠有效防止鼓型塔中相繞擊,為29號、33號兩基塔中相安裝避雷器,表4顯示出安裝避雷器后桿塔反擊耐雷水平明顯提升。繞擊耐雷水平的計算表明,安裝一組線路避雷器時,220kV線路的繞擊耐雷水平(在R=100Ω)能達到50kA,表5中數據顯示,33號塔最大繞擊電流為26.31kA,在中相安裝一組避雷器后,完全能夠防止線路繞擊跳閘。
 
4:安裝避雷器防反擊效果
塔號
安裝方案
反擊耐雷水平/kA
避雷器安裝前
安裝后
29
中相(2只)
94
189
33
中相(2只)
76
155
 
5:29號、33號塔最大繞擊雷電流
塔號
最大擊距/m
最大繞擊雷電流/kA
29
31.1
6.2
33
65.6
26.31
 
4、新建線路設計時采用零保護角或負保護角。
  保護角是影響線路雷擊繞擊的重要因素,對于220kV線路新建線路,可要求設計單位在設計時采用零保護角或負保護角。
四、結束語
  銅陵電網220kV線路雷擊跳閘率居高不下,防止雷擊故障是當前工作中的重點。降低接地電阻能夠提高線路的反擊耐雷水平,但不能防止繞擊或強雷電流導致的反擊,為能夠有效的防止雷擊跳閘,必須采取新的防治措施。選擇安裝線路型避雷器,不僅能夠大幅提高桿塔的反擊耐雷水平,而且能夠有效防止線路繞擊。
 
 
參考文獻:
  [1]   DL/T 620-1997 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合 [S]
  [2]   周遠翔,魯斌,燕福龍等  山區復雜地形輸電線路繞擊跳閘率的研究 [J] 高電壓技術 第33卷,第6期:P45-49
  [3]   陶有奎,程登峰,鄭世玲  安徽電網220kV及以上輸電線路雷擊跳閘分析 [J] 安徽電氣工程技術學院學報  第12卷,第3期:P27-P32
  [4]   陳水明,何金良,吳維韓 220kV線路采用氧化鋅避雷器提高耐雷水平的研究 [J] 電網技術 第22卷,第9期:P13-P16

 

作者:朱寧1 任寅平2 銅陵供電公司 合作媒體:中國電力通信網 編輯:顧北

 

 

 
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