35kV变电站进出线档防雷保护分析

0 引言
对于 110 kV 及以上电压等级线路而言 , 规程 规定线路全线架设地线 , 允许输电线路的地线接入 龙门架 , 从而通过地线有效保护进出线档的导线免 受雷电直击危害 。而对于 35 kV 线路 , 规程规定 一般不宜将输电线路的地线接入龙门架 , 从而使得 35 kV 进出线档的防雷设计比较特殊 , 特别是新型 变电站的紧凑型室内布置使这个问题显得更加得 突出 。
在进行反击验算时 , 需要知道的参数是雷电流 幅值 、50 %闪络电压 、绝缘子串的雷电冲击闪络特 性和线路的耐雷水平 。 4. 1 雷电流
雷电造成线路绝缘闪络事故的原因 , 主要是巨 大的雷电冲击电流 。实测表明 , 在对地的雷电放电 中 , 90 %左 右 的 雷 是 负 极 性 的 , 其 波 头 长 度 约 0. 5 ～ 10 μs , 多 数 为 1. 5 ～ 2 μs , 波 长 约 20 ～ 90μs , 但大于 50μs 的很少 。雷电流幅值最大可达 200 kA 以上 , 但多数低于 100 kA , 雷电流陡度超 过7. 5 kA/μs 的约占一半[2 ] 。 4. 2 50 %闪络电压
收稿日期 : 2008205219 , 修回日期 : 2008212220 作者简介 : 苏晓学 ( 19762) , 男 , 山西运城人 , 1998 年毕业于华
北电力大学电气技术专业 , 工程师 ; 温燕萍 (19762) , 女 , 山西运城人 , 1998 年毕业于太原 理工大学电机电器及控制专业 , 工程师 。
2009 年 2 月 苏晓学 , 等 : 35 kV 变电站进出线档防雷保护分析 研究与实践
而目前新建变电站的规模都比以往大 , 而且多 采用室内布置 , 110 kV 变电站多采用 35 kV 与 10 kV上下同侧布置 , 35 kV 进出线回路多 , 廊道 拥挤 , 不宜增设独立避雷针 , 进出线杆塔多采用双 回路同塔架设 , 终端塔导线挂点一般在 14～20 m 之 间。此时 , 要想利用站设避雷针保护 , 必须将避雷 针高度增加 7～10 m , 这就显得既不经济又不安全。 3. 2 终端杆塔加装避雷针防雷
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中 规定 , 35 kV 配电装置在土壤电阻率不大于 500 Ω·m 的地区 , 允许将线路的地线引接到出线门型架构 上 , 但应装设集中接地装置 , 以降低构架电位 , 防 止 35 kV 配电装置绝缘水平低 , 雷击时引起反应[1] 。
4 雷电过电压时的反击验算
5 结束语
35 kV 进出线档在站设避雷针无法满足防雷要 求的情况下 , 土壤电阻率较低地区可在终端杆塔上 加装避雷针 , 通过降低杆塔冲击接地电阻或提高线 路的绝缘强度来满足防雷要求 。而当土壤电阻率较 高时 , 允许杆塔接地电阻值高 , 此时应验算串长对 地的电气安全距离 。
参考文献 : [ 1 ] 水利电力部西北电力设计院. 电力工程电气设计手册电气
除了在负极性试验中大雨沿瓷件结构流下的情
况外 , 降雨对绝缘子串的雷电冲击闪络电压的影响 很小 , 可以忽略不计 。根据大量试验可以看出 , 绝 缘子串的雷电冲击闪络电压和绝缘子型式关系不大
而主要决定下串长 。
实验表明 , 绝缘子串在脏污条件下的雷电冲击 闪络电压比清洁状态不可降低 15 %～35 % , 但考 虑到造成污闪的不利气象条件 (如雾 、露 、毛毛雨 等) 和雷电同时出现的可能性甚少 。因此 , 雷电冲 击污闪一般不作为选择绝缘子片数的条件 。
巡视 1 次 。 开展状态巡视工作 , 无论周期长短 , 均应采取
措施 , 确保巡视的到位率和质量 。状态巡视最好结 合检测 、特殊巡视 、夜间交叉和诊断性巡视 、监察 巡视等进行 。同时 , 线路实施状态巡视的周期应实 行动态机制 , 每年根据线路运行环境 、状况调整 。
4 实施状态巡视后对突发情况的处理
/ kA以下
10
30
100～500
15
30 500～1 000
20
30 1 000～2 000
25
30 2 000 以上
30
50 %全波冲击闪络 电压幅值/ kV
100 100 100 100 100
绝缘子片数 /片
3 5 6 8 9
表中瓷绝缘子选型为 XP270 , 由表 1 可知 , 土 壤电阻率越大 , 绝缘子串就越长 。由于杆塔结构所 限 , 绝缘子串越长 , 要满足电气安全要求就越困难。
在站设避雷针不能完全保护进出线档导线时 , 一般选择在终端杆塔上加装高度 5 m 的避雷针 , 与站设避雷针联合保护进出线档 。此时 , 由于杆塔 上加装了避雷针 , 增大了雷击概率 , 应按独立避雷 针对待 , 对雷电过电压进行反击验算 , 必要时降低 杆塔接地电阻或提高绝缘强度 。这种方法适用于土 壤电阻率较低的地区 。 3. 3 进出线档带地线防雷
实施状态巡视后通过以下措施来保证及时应对 突发事件 。 4. 1 技术保证措施
对于巡视中发现的重大 、紧急缺陷 , 根据缺陷 性质及其危害程度 , 既可以通过带电作业来处理 , 还可以申请线路临时停电处理 。 4. 2 组织保证措施
对巡视周期较长的线路 , 可以根据情况进行登 杆检查 、夜间巡视 、班组间的交叉巡视 、抽查巡视 质量等措施来保证安全运行的要求 。 4. 3 制度保证措施
雷电冲击的 50 %闪络 (击穿) 电压是指闪络 概率为 50 %的电压值 , 它适用于自恢复绝缘 、闪 络电压符合正态分布的情况 。线路绝缘 (包括空气 间隙和绝缘子串) 一般都用这个参数来表示 。 4. 3 绝缘子串的雷电冲击闪络特性
测试表明 , 绝缘子串的正极性雷电冲击闪络电 压比负极性低 , 所以 , 当按雷击杆塔来选择绝缘子 片数时 , 应如选择空气间隙一样 , 采用正极性雷电 冲击闪络的数据 。
此基础上 , 指出合理调整巡视周期 。实际中 , 运行 单位根据多年的路线运行经验 , 对大部分线路的特 殊区域地段已经有了较全面 、详细的了解 , 并且已 经细化到了各条线路的起止杆段 。
第三 , 要求巡视人员业务水平达到一定要求 。 近些年来 , 许多线路所发生的故障原因已经由设备 本身的问题 , 转向了突发性的外部气候 、环境 、人 为等因素 。由于巡视人员已经具备了一定的业务水 平 , 对于巡视不到位而引发的跳闸已经明显减少 。 线路有些故障 , 并非巡视不到位所引起 。
工区内部通过反措 、安措等手段来加以完善巡 视周期和次数 ; 外部可以加大电力设施保护宣传力 度 , 完善护线机构 , 公布举报电话 , 并对举报人进 行奖励等制度措施 。
1 输电线路雷电过电压的特性
自然界的雷击现象虽然十分复杂 , 但从分析其 后果的角度来看 , 可以简单将其看成是一个电流行 波沿空中通道注入雷击点的过程 。在雷电击中地线 后分为左右两路继续前行 。伴随着电流行波一同前 进的还有电压行波 , 它们构成了以接近光速而传播 着的电流波 。
在雷击杆塔顶部时 , 由于杆塔接地电阻很小 , 于是就出现了反射现象 。如果接地电阻为零 , 则产 生全反射 , 杆塔顶部对地电压为零 , 电流增加了 1 倍 。由于雷电流一般都是在塔上测出来的 , 已经将 这种理论上的反射包括在内 。因此 , 在考虑雷击导 线时 , 应首先将这电流值减半 , 才能折算到同一基 准上 。
此外 , 运行单位最好在重点地段安装在线监测 设备 , 如采空区安装杆塔倾斜报警仪 , 污秽严重区 安装盐密测试仪 , 易受外力破坏区安装实时在线监 测仪等设备仪器 , 加强对这些特殊区域或危险点的 监控 。
3 确定状态巡视计划及周期的原则
运行单位应结合线路实际状况和运行经验 , 编 制状态巡视计划 。状态巡视的周期应根据线路的实 际情况 , 确定线路危险点及特殊区域 , 并确定相应 的巡视周期 。巡视周期可以按以下原则确定 : 根据 线路所处特殊区域 、存在的危险点及预防措施要 求 , 对线路通道内易建房区 、村镇 、厂矿等人口密 集区和交跨跃公路 、采石场 、易受外力破坏和偷盗 区巡视周期为每月至少 1 次 ; 新 (改 、扩) 建线路 在投产后 1 a 内应每月巡视 1 次 ; 其余地段巡视周 期根据线路不同状况动态确定 , 但不得超过 3 个月
4. 4 线路的耐雷水平 对于 35 kV 线路来说 , 因为雷电过电压要求
确定的绝缘水平较高 , 一般不按照雷电过电压的要 求来选择绝缘子串的绝缘强度 , 但应根据已选定的 绝缘水平来检验线路的耐雷水平 , 并符合规程要 求 。根据规程规定的线路耐雷水平来反算雷电过电
压时的绝缘强度 。
4. 5 终端塔加避雷针的反击计算 根据规程规定 , 35 kV 变电站进线保护段的耐
·32 ·
地线防雷的作用在于将雷吸引 , 绕雷电流 , 经 很低的杆塔接地电阻排泄出去 , 从而避免雷直击导 线的发生 。
2 变电站进出线档防雷的必要性
一般变电站的 35 kV 进出线段均架设有一定 长度的地线进行防雷 , 以保护进出站导线免受直击 雷的侵袭 。由于地线通过杆塔与大地以较低阻抗相 连 , 取接地电阻值为 15 Ω , 当雷击地线时 , 雷电 流经杆塔流入大地 , 杆塔顶对地电位为 15 I , 较绝 缘子串的绝缘强度为低 , 从而保证了导线不对地闪 络 , 保护了线路的安全运行 。当雷电直击导线时 , 由于导线对地绝缘 , 导线的波阻抗大约为 300 ～ 400 Ω , 巨大的雷电流在导线对地阻抗上产生很高 的电位降落 , 为0. 5 × (300～400) ×0. 5 ×I = (75～100) I , 为雷击地线时的 5～7 倍 , 远远超 过了绝缘子串的雷电耐受电压 。从而导致导线对地 绝缘闪络 , 同时导线上的过电压传输进变电站 , 造 成事故。轻则停电 , 重则设备损坏 , 甚至全站瘫痪。 因此 , 对变电站进出线段做好防雷是十分必要的。
雷水平应不小于 30 kA , 若取终端塔的接地电阻值 为 10 Ω , 则雷击时塔顶过电压值为 300 kV 。由实 验数据可知 , 每片 XP270 瓷绝缘子的 50 %全波冲 击闪络电压幅值为 100 kV , 则需要绝缘子片数应 不小于 3 片 。