丁 武
(广东电网公司汕头供电局,广东 汕头515000)
广东汕头地区雷电活动强烈,雷击一直是导致110~500 k V输电线路跳闸的主要原因之一。随着电网建设步伐的加快,输电线路走廊日趋紧张,为节约线路走廊用地,提高单位面积线路走廊的输送容量,往往多回输电线路同塔架设。但受线路走廊宽度的限制,每回线路的三相导线一般采用垂直排列形式,导致杆塔高度增加,使线路遭受雷击的次数增加;同时,因导线引雷的面积增大,避雷线的屏蔽效果有所减弱,所以更易发生雷电绕击跳闸;另一方面,架设多回线路的杆塔结构更加复杂,杆塔波阻抗增大,杆塔或避雷线更容易被雷电击中而发生雷电反击跳闸。同塔多回输电线路一旦受到雷击,容易发生两回以上线路同时跳闸的情况,从而引起较大电力安全事件。本文通过分析影响110 k V及以上同塔多回线路雷击跳闸率的因素,提出降低线路反击、绕击跳闸率的方法,总结出相应的防雷保护措施。
(1)雷击跳闸率:指将雷电活动折算为40个雷电日,输电线路长度折算为100 km的条件下,每年输电线路发生雷击跳闸的次数。
(2)耐雷水平:指引发输电线路绝缘闪络的最小雷电流。耐雷水平越高,意味着线路的防雷性能越好,越不易发生绝缘闪络。
(3)雷电反击:指雷电击中输电线路杆塔或避雷线,造成导线与大地发生绝缘闪络。
(4)雷电绕击:指雷电绕过输电线路避雷线,击中导线,造成导线与大地发生绝缘闪络。
(5)线路保护角:指在杆塔上,避雷线对水平面的垂直线和避雷线与最外侧导线的连线之间的夹角。
2.1.1 接地电阻对反击跳闸率的影响
接地电阻增大时,单回输电线路反击跳闸率和同塔双回、四回输电线路同时跳闸率都增加;接地电阻减小时,线路反击跳闸率会降低。所以,降低杆塔的接地电阻,能有效降低单回和同塔双回、四回线路的跳闸率,是降低线路反击跳闸率的有效措施。
2.1.2 杆塔高度对反击跳闸率的影响
随着杆塔高度的增加,输电线路截获的雷电就会增多。因为杆塔越高,吸引雷电的面积越大,所以增加了杆塔着雷次数;同时,因雷电击中杆塔顶部后沿塔身传播至接地装置时,引起的负反射被返回到杆塔顶部所需的时间会增长,增高了杆塔顶部电位,会造成雷击反击。因此,降低杆塔的高度,可以降低反击跳闸率。
2.1.3 绝缘配置对反击跳闸率的影响
反击跳闸是由于雷电击中杆塔顶部后,杆塔顶部的电位与导线的电位相差很大,引起绝缘子闪络造成的。绝缘子的绝缘配置对反击耐雷性能影响很大,绝缘配置增大,耐雷水平增强,跳闸率下降。所以,增加绝缘配置,可以降低反击跳闸率。
2.2.1 地面倾角对绕击跳闸率的影响
如果输电线路一部分经过平原地带,另一部分经过山区地带,那么,在山区地带线路段的绕击跳闸率大于在平原地带的绕击跳闸率。地面坡度较小(小于10°)时,山区地形对线路的绕击跳闸率影响不大;地面坡度开始增大时,绕击跳闸率呈非线性逐步上升;当坡度增大到某一数值时,山区地形对绕击跳闸率有较大影响,而且随着坡度增加,这种影响会越来越大,绕击跳闸率越来越高。所以,处于山区的线路段,要加强雷电绕击保护,降低其绕击跳闸率。
2.2.2 线路保护角对绕击跳闸率的影响
在雷电下落的过程中,物体表面的场强会不断增强,因导线在避雷线的下方,受避雷线的屏蔽,雷电一般是击中避雷线而不是导线。当落雷与导线的侧面距离足够远时,雷电全部落在地面,如落雷与导线的侧面距离较小,雷电有可能绕击导线。线路保护角增大,避雷线与导线的水平距离增加,屏蔽弧与暴露弧的水平距离也增加,导线的暴露距离增大,从而也增大了绕击跳闸率。绕击跳闸率对保护角很敏感,保护角开始增大时,线路的绕击跳闸率增加并不是很快,当保护角增大并超过一定数值后,绕击跳闸率会更快地增大;如保护角减小至0或负数,导线受避雷线完全屏蔽,绕击跳闸率大大降低。
2.2.3 杆塔呼称高对绕击跳闸率的影响
杆塔越高,其引雷的宽度越大,大地对导线的屏蔽减小,绕击跳闸率增大。绕击跳闸率随着杆塔呼称高的增大而变大,而且处于山区的杆塔呼称高对绕击跳闸率的影响较为明显。所以,位于山区的杆塔要尽量采用低呼称高。
防雷保护能提高输电线路耐雷水平,降低雷击跳闸率。防雷保护措施的确定,应从线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌、土壤电阻率等自然条件以及运行经验等方面入手,具体可采取如下方法:
(1)降低杆塔接地电阻。降低杆塔接地电阻是110~500 k V同塔多回输电线路防雷电反击的基本措施。通过降低杆塔接地电阻,可降低雷电击中杆塔顶部后的电位,从而有效防止雷电反击。
(2)架设耦合地线。如果土壤电阻率很高,难以继续降低杆塔接地电阻,在杆塔允许机械强度下,可在导线的下方架设耦合地线。这样一来,增大了各相导线之间的屏蔽耦合作用,降低了绝缘子串电压,减小了等值波阻抗,从而提高了耐雷水平;同时也加强了击中杆塔雷电流的分流作用,降低了杆塔顶部的电位。
(1)减小避雷线保护角。避雷线对边导线保护角的大小直接影响输电线路对雷电的屏蔽性能,保护角减小,绕击跳闸率就降低。以下方法可减小保护角:1)增加导线绝缘子串的长度,即降低了导线的高度,保护角也就减小。2)在导线、避雷线高度不变的情况下,减小其之间的水平距离,保护角也就减小。
(2)架设旁路架空地线。输电线路的屏蔽系统由避雷线、杆塔、大地组成。线路发生绕击跳闸就是屏蔽系统的引雷能力不够,所以增强屏蔽系统任一组成部分的引雷能力,都可有效减少绕击。架设旁路架空地线是用来增强大地的引雷能力,其原理是:位于山区地带的输电线路,由于山地突出、倾斜,线路下坡侧或山顶两侧的地势低,大地的引雷能力减弱,通过在下坡侧或山顶两侧架设与输电线路平行的一条地线,提高地电位的位置,可增强大地的引雷能力。
(1)改善杆塔接地装置。1)延长杆塔地网水平接地体的长度;2)增加地网垂直接地体;3)使用降阻剂;4)敷设导电接地模块。
(2)改善线路绝缘配置。提高同塔所有线路绝缘子的绝缘配置,但不同线路绝缘配置各不相同。如在一回线路绝缘子串上加一片绝缘子,那么在另一回线路的绝缘子串上加两片绝缘子,即采用不平衡绝缘配置。
近几年来,汕头供电局在110~500 k V同塔多回输电线路上采用综合防雷保护措施,并加大改造力度。一方面是采取增加垂直接地体、延长水平接地体,尝试在500 k V胪汕甲、乙线上安装导电接地模块等措施,改善杆塔的接地装置。另一方面是改善110~500 k V同塔多回输电线路的绝缘配置,采用回路间差异化绝缘措施,在不同回路的绝缘子串上各增加1~2片绝缘子。再者是在110~500 k V同塔多回输电线路上加装避雷器,如在四回同塔架设的110 k V红浮Ⅰ线、110 k V红浮Ⅱ线、110 k V红万线、110 k V万滨线上加装避雷器。通过上述综合防雷保护措施,汕头电网110~500 k V同塔多回输电线路的雷击跳闸明显减少,降低了同塔多回输电线路遭受雷击的运行风险,提高了汕头地区的供电可靠性。
[1]DL/T5092—1999 110~500 k V架空送电线路设计技术规程[S]