10 kV线路避雷器保护范围及预防性试验

潘英吉, 周和平

(1.国网吉林供电公司, 吉林 吉林 132001;2.吉林市电力设备安装有限公司, 吉林 吉林 132011)



10 kV线路避雷器保护范围及预防性试验

潘英吉1, 周和平2

(1.国网吉林供电公司, 吉林 吉林 132001;2.吉林市电力设备安装有限公司, 吉林 吉林 132011)

分析了10 kV架空线路的雷害事故,探讨了避雷器有效保护范围,并对避雷器进行周期预防性试验。提出要结合国家电力行业标准DL/T 1292—2013《配电网架空绝缘线路雷击断线防护导则》,沿线杆塔均应逐级逐相安装避雷器,且应尽量降低避雷器上的残压,消除保护盲区,确保10 kV架空线路的安全运行。

10 kV线路; 雷害事故分析; 防护措施; 预防性试验

0 引 言

为提高供电可靠性,10 kV配电系统一般采用中性点不接地运行方式,架空线路已由原来的裸导线逐渐更换为绝缘导线。当系统发生单相接地故障时,电力系统运行规程规定,允许带接地点运行2 h。在运行中,雷电击到架空裸导线上与架空绝缘导线上所产生的结果是不一样的,同时涉及到线路避雷器的有效保护范围。

1 事故分析

10 kV配电网对地绝缘相对较薄弱的环节是绝缘立瓶对地的距离,也就是在绝缘立瓶中心线左右L=100～120mm处,这是导线对地的空气距离最近的地方。当雷电击在架空裸导线A相上时,放电过程如图1所示。

直击雷或感应雷击在架空裸导线上,首先在线路对地空气距离最近点L处放电,雷电流Id沿弧光泄入大地,UA=0,其他良好相对地电压升为线电压,B、C相的电容电流沿接地点及弧光通道流回到电源,并形成工频续流。由于弧光的低压端被钳制在绝缘立瓶的根部,弧光高压端在电磁力的作用下,沿着负荷电流方向移动,使弧光对地距离迅速被拉大,直至电弧自动熄灭。若雷电击在两相或三相导线上时,形成短路,电流保护动作跳闸。

图1 雷击裸导线放电过程

如果雷电击在架空绝缘线路上,即C相上时,同样在距绝缘立瓶中心线L处导线绝缘层被击穿,表面上下呈现细小针孔状。雷击绝缘导线放电过程如图2所示。

图2 雷击绝缘导线放电过程

雷电在针孔位置对绝缘立瓶根部进行放电,即形成雷电流Id,并通过杆塔泄入大地。C相对地电压UC为0,A、B相对地电压升高为线电压。高压端的电弧虽然受到电磁力的作用,但因绝缘层的阻碍,固定在针孔位置,低压端的电弧被钳制在立瓶根部,均无法移动,工频电容电流IC=IA+IB沿雷电流通道的接地点流回电源。10 kV系统由瞬间接地转变成持续性接地,最终工频续流引起的弧光将架空绝缘导线烧断。

2 避雷器保护范围

为保护线路安全运行,避雷器有效保护范围一直是安全运行研讨的课题。当雷电击在线路任何位置时,由于雷电波受到电磁力的作用,将沿电流方向移动。因线路对地的空气最小距离就是绝缘立瓶对地的距离,如果在绝缘立瓶处安装一组避雷器,在雷击高电压的作用下,避雷器中的氧化锌(ZnO)电阻片即刻呈现低阻值,将雷电流泄入大地,雷电波变化过程如图3所示。

避雷器ZnO电阻片在系统正常电压下,呈现高阻抗,剩余电流ILd<50 μA。当雷电击在线路上时,避雷器电阻片呈现低阻抗,将几百安培雷电流泄入大地,故可以把电阻片作为阀门开关。图3中,雷电波bo1经避雷器泄入到大地一部分能量bo2,线路上雷电压幅值急剧下降。当雷电压等于避雷器本身残压时,ZnO电阻片即刻恢复到高阻值状态,阀门关闭,雷电流突然截止,近乎为0。依据电磁感应定律,电流变化率的突变,势必引起感应电动势陡峭上升,感应电动势叠加在残压上,使雷电波bo3电压再次升高,对下一级绝缘立瓶进行放电;如果雷电击在两级杆塔中间,虽然雷电波因受到电磁力的吸引,沿电流方向移动,但第N(N=1,2,3…)级杆塔上避雷器若感受到雷电高电压时,仍然会动作,将雷电流泄入大地。为防止下一级绝缘立瓶闪络,造成绝缘击穿,第N+1级杆塔上同样需要安装一组避雷器,再次将雷电流泄入大地。

图3 雷电波变化过程

经上述分析,为保护全线路安全和减少雷害所造成的损失,架空裸导线或绝缘导线沿线应逐级逐相安装避雷器,并且应尽量降低避雷器上的残压,以控制感应电动势上升的幅值。目前已经有两用避雷器,可将雷电流泄入大地,又兼顾绝缘立瓶支撑导线的作用,使全线路得到保护,提高了运行的可靠性。

3 预防试验

避雷器在线路上长期运行,因封闭失效受潮,绝缘电阻下降;避雷器在雷雨天经常动作,失去阻值自恢复功能,导致剩余电流过大,长期发热。这些问题都易引起避雷器发生爆炸。因此,按照电力行业标准要求,需对避雷器进行周期预防性试验,电压等级在35 kV及以下,所测得的电阻值不低于1 000 mΩ,读数偏低或为0,说明ZnO电阻片已经不能恢复到高阻值状态,阀门无法关闭,将导致泄漏电流过大,甚至造成单相接地等故障,与其相反阻值为无穷大,说明电阻片处在断路状态,阀门无法打开,避雷器失去应有的作用。考虑到避雷器泄放过雷电流,在电阻片之间产生过高温,易形成极间电容及老化状态等问题,需要对避雷器进行直流试验,即直流1 mA下电压及75%电压下泄露电流ILd的测量。避雷器伏安特性曲线如图4所示。

图4 避雷器伏安特性曲线

4 结 语

本文结合标准DL/T 1292—2013,分析了10 kV线路避雷器保护范围及预防性试验。通过对雷害密集区的3条10 kV线路实施逐相逐级安装避雷器,消除了架空绝缘导线断线事故,降低了因雷害发生单相接地及跳闸事故,大幅提高了供电可靠性和安全性。

[1] 配电网架空绝缘线路雷击断线防护导则:DL/T 1292—2013[S].

[2] 丁荣.城市配电线路绝缘化和防雷措施[J].现代电力,2000,17(2):55-61.

[3] 李天林.消弧线圈自动补偿的应用[J].云南电力技术,2002,30(4):57-58.

[4] 李凡,施围.线路避雷器的绝缘配合[J].高电压技术,2005,31(8):18-2.

[5] 电力设备预防性试验:DL/T 596—1996[S].

Protection Scope and Preventive Test of 10 kV Line Surge Arrester

PAN Yingji1, ZHOU Heping2

(1.Jilin Power Supply Company, State Grid, Jilin 132001, China; 2.Jilin Electric Power Equipment Installation Co., Ltd., Jilin 132011, China)

This paper analyzed the lightning accidents of 10 kV overhead line,and discussed the effective operation range of surge arrester.The preventive test of surge arrester was carried out.It is pointed out that combined by the national electric power industry standard DL/T 1292—2013,the surge arrester should be installed along the line tower,and the residual voltage on surge arrester should be reduced,which eliminates the blind spot protection and insures the safe operation of 10 kV overhead line.

10 kV line; lightning accident analysis; protective measures; preventive test

潘英吉(1979—),男,高级工程师,从事自动化远程控制、太阳能发电和继电保护等工作。

TU 856

B

1674-8417(2016)11-0029-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.11.008

2016-10-08

周和平(1954—),男,高级工程师,从事系统过电压、避雷器、电能计量研发等工作。