10kV架空绝缘线路断线及雷击故障分析

第十三卷 第一期 安徽电气工程职业技术学院学报 2008年3月 V01．13．No．1 JOURNAL OF ANHUI ELECTRICAL ENGINEERING PROFESSIONAL TECHNIQUE COLLEGE March 2008 1 0kV架空绝缘线路断线及雷击故障 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 徐 勇 (芜湖供电公司 修试所，安徽 芜湖，241000) 摘 要：针对新网架空线路采用的绝缘导线和老线路的绝缘化改造带来的雷击断线及绝缘配合、 设备选型及施工 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 等方面的新矛盾及问题， 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 深入分析了雷电断线和腐蚀断线的机理。对比 目前所采取技术手段的优缺点，结合线路现状，提出了采用过电压保护器进行改造的方法。详细 论述了过电压保护器设备的选择和设备参数的选取，提出相应施_x-)L技术改进措施。 关键词：雷电断线；腐蚀断线；过电压保护器；改进措施 中图分类号： TM75 文献标识码： B 文章编号： 1672—9706(2008)01—0026—04 Faults Analysis and Improve M ethod on Line Breakage of Overhead l OkV Insulation Lines and Lightning XU y0 (Wuhu Power Supply Company，Wnhu 241000，China) Abstract：In order to solve the new contradiction and questions about lightning strike breakdown，insula— tion coordination，equipment selection，construction technology caused by overhead line distribution net newly built using the insulated conductor and old line insulation~ansformation，the article analyses thor- oughly mechanism on lightning strike breakdown and corrosion wire breakage．Contrasts the advantage and disadvantage of the method presently adopted and the suitable situation，overvoltage protector is pro— posed on the base of lines situation．Meanwhile how to choose the overvoltage protector equipment and l how the equipment parameter is determined is discussed in detail and the relevant technical measure is I propose d． I Key words：lightning strike breakdown；corrosion wire breakage；overvoltage protector；improving measure I 。 |．． ／ 目前，随着国民经济的不断发展，工农业和第三产业的稳步推进，芜湖市区电力负荷增势较猛，配电 网建设步伐不断加快。中压配电网形式多样，设备选型与科技投入力度加大。目前，芜湖供电公司市区 配网新建 10kV架空线路采用绝缘导线，对老线路的绝缘化改造也正在加紧进行。随着这些绝缘线路 的不断投入运行 ，一方面解决了较为突出的树线矛盾，提高了中压供电可靠率及外破事故的发生，另一 方面也带来了新的矛盾和问题，集中反映在雷击断线及绝缘配合、设备选型及施工工艺等方面。 I 雷电断线分析 芜湖地处江南丘陵区域，雷电活动频繁，由此引发的配网线路及设备事故较为突出，尤以10kV中 压网为甚。针对 10kV架空绝缘线路来讲，目前雷击后造成断线较为普遍。从雷电过电压机理来看，根 据(DL／T620—1997)交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，10kV以上电压等级线路主要通过架设避 雷线来防止直击雷，并降低感应雷、侵入波陡度，通过避雷器、进线段保护完成堵塞，有效阻止侵入波对 电站设备侵扰。目前电网系统防雷 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 思想主要是堵塞型，10kV架空绝缘线路由于自身特点的不同， 收稿 日期 ：2007—10—16 作者简介：徐勇(1973一)，男，安徽芜湖供电公司，工程师。Tel：13956153775 · 26· 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐 勇：10kV架空绝缘线路断线及雷击故障分析 造成雷击断线防范的空白点。 雷电过电压主要是直击雷与感应雷，直击雷又以下行负雷为多，下面主要以下行负雷为例加以说 明。在下行负雷先导发展的过程中，架空绝缘线路强电场处发出向上迎面先导，随后产生雷电主放电阶 段。目前从运行实际和现场条件来看，迎面先导的发出点应该是瓷瓶等线路较高点或突出点，同时我们 采用的瓷瓶绑扎均为裸铝扎线，也是一个薄弱点，雷击断线的部位也绝大部分是导线支撑、悬挂点附近。 目前对于雷击绝缘导线断线，普遍认同的机理是架空绝缘线路因雷电过电压造成闪络时，瞬间电弧 电流很大但时间很短(约几微秒至几毫秒)，仅在架空绝缘导线绝缘层上形成击穿孔，不会烧断导线。 但是 ，当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相(不一定是在同一电杆上)之间闪络而形成金属性短路 通道，引起数千安培工频续流，电弧能量将骤增。此时，由于架空绝缘导线绝缘层阻碍电弧在其表面滑 移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点而在断路器动作之前烧断导线。对于裸导线，电弧在电磁力的作 用下，高温弧根沿导线表面滑移，并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前引起断路器动作，切断电弧。 因此，裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘导线。感应雷过电压也是如此，通过运行实践，在市郊空 旷地带最常发生。 2 腐蚀断线分析 绝缘导线在实际运行中，也时常发生非雷击断线，通常是在线路的弧垂低点处，其主要原因是绝缘 导线进水受潮，电化腐蚀加剧造成导线脆断。有的线路耐张线夹选用的是剥皮型，有时即使加装保护 罩，因没有进行密封处理造成水气进入。同时线路上大量使用的穿刺线夹以及导线接头处都可能导致。 水气通常在弧垂处聚集，由于绝缘层厚度较大(3—5mm)，不易挥发，铝芯线腐蚀加快 ，同时由于水分的 存在，畸变了绝缘层的电场分布，局部气泡放电产生大量的0，、NO、NO ，更加剧了绝缘层和芯线的电化 腐蚀，最终造成断线故障。 3 目前各种处理方法简述 目前可采取的技术手段主要有架设避雷线、避雷器、过电压保护器、提高全线路绝缘水平等。日本、 芬兰、俄罗斯等发达国家由于使用绝缘历史较长，累积了较多的运行经验，主要采用钳位绝缘子、限流消 弧角、防导线熔断装置以及增长闪络路径等方式。 由于国内目前绝缘线路应用时间较短，运行经验不多，同时，分析事故原因不透彻，发生机理研究不 够深入，防范绝缘线路断线措施和技术手段单一，国家电力公司发输电输[2oo1]7号文件《城市电网架 空绝缘导线应用研讨会纪要》中提出：宜使用架空绝缘线路过电压保护器来防止架空绝缘电缆雷击断 线事故。 3．1 架设避雷线 避雷线降低直击雷危害效果明显，也能有效减小感应雷过电压幅值与来波陡度，但由于 10kV线路 绝缘配合、耐雷水平较低，极易造成反击，从而工频续流烧断导线。综合来说 ，防雷击断线有一定效果， 尤其是直击雷较多区域。但对于老线路而言，面临改造较多、投资较大、施工较为困难。对于新线路经 济效益也不明显。 3．2 装设避雷器 装设避雷器是 目前广泛采用的一种方法，一可降低过电压幅值，二可限制工频续流。从上面分析可 知，持续在击穿点的工频续流是导致绝缘线烧断的根本原因，因此可有效保护架空线。但也存在一定问 题。目前我公司同杆双回、三回、四线较多，如采取每隔 1—3基杆加装，数量较多，施工较复杂。同时由 于避雷器与架空线芯线直接接触，即使采用穿刺线夹，由于点多面广，极易造成密封不良水气进入。避 雷器也最好选用带串联间隙氧化锌避雷器，避雷器发生故障后不至于影响线路正常运行状态，也延长了 避雷器的使用寿命。 3．3 限流消弧角 日本研制的限流消弧角主要由环形角(引流环)、ZnO、安装支架组成，主要结构如图 1所示。该结 构与目前上海等地区使用的过电压保护器结构类似。当发生雷电过电压时，导线与环形角之间的空气 · 27 ． 维普资讯 http://www.cqvip.com 安徽电气工程职业技术学院学报 第十三卷 第一期 隙被击穿，并通过ZnO将雷电流引人大地，由于ZnO的优异性能，工频 续流截断，从而保护导线不被熔断。如雷电流过大安装支架与环形角 之间空气隙将被击穿，进一步提高了ZnO的通流能力，有效避免氧化 锌避雷器爆炸，即使ZnO损坏，由于环形角并不与导线直接接触，也不 会发生单相接地故障。同时安装时由于不需剥离绝缘层，有效防止了 绝缘层进水，综合性能较好。 3．4 其它措施 芬兰的防导线熔断装置(SAX系统)，就是将导线固定处(瓷瓶处) 前后各 30cm一50cm绝缘层全部剥离，加装厚金属线夹，以承托弧根， 保护导线不在工频续流下熔断。这比较适用于直线杆采用悬式瓷瓶的 线路，我公司线路目前主要采用支柱瓷瓶，不适用，而且剥离绝缘层一 旦密封处理不好，反而增加隐患点。 图1 日本的放电钳位绝缘子也是剥离绝缘层，加装金属线夹，同时设引弧放电间隙，其核心也是保护导 线不在工频续流下熔断，其缺点与 SAX系统一样。 增大闪络路径，降低工频建弧率也是非常好的思路，如加大导线固定处导线的绝缘强度，提高局部 耐雷水平。俄罗斯在这一思路下提出在横担上安装 U型绝缘环，头部绝缘剥离，使得 U型绝缘环与导 线之间间隙的冲击放电电压比针式瓷瓶低，其闪络路径增加至足够长时，可有效阻止工频建弧。但其安 装方式在同杆多回路上实施较为困难，应用实例也不多见。 4 设备选择 综上所述，结合我公司线路现状，采用过电压保护器进行改造，其结构如图2所示： 过电压保护器由ZnO1串联不锈钢引流环 2，并与架空 绝缘线路 3之间构成的间隙4组成。 ZnO用于截断工频续流，所以必须考虑在工频过电压 下流过它的电流，按 DL／T620—1997，对于中压 10kV系统， 工频过电压不超过 1．1 P．u，选择 ZnO额定电压为 12．7kV， 直流 lmA下参考电压在 18kV及以上，这样在 13．8kV工频 过电压下，不考虑串联间隙影响下，流过避雷器的工频续流 0．1A左右，表明ZnO能够很好切断工频续流，再加上外串 联间隙，对于小电流的切断效果更为明显。 通流能力上，按 DL／T620—1997，我国一般地区雷电流 幅值超过I的概率为P=10 ，雷电流可能达到的幅值 与所处区域、运行时问有关，一般来说，ZnO运行时间取 2O 年是比较合理的数值，同时按 DL／T620—1997推荐，对于 雷暴日T=40的地区，每百公里每年的雷击次数为 N=0．28 4h(h为架空线平均高度，我公司选取 lO 米左右)，则雷电流幅值超过I的雷击次数N=11．2 10卜 。再考虑运行时间2O年，每百公里雷击 次数N=224 10(_ ，通常lOkV每档线平均距离为5O米，则每基杆2O年雷电流幅值超过I的雷击次 数为N=0．112 10(一1／88)，由此可以计算，10000基杆在2O年时间，雷电流超过200kA的次数为6 次。实际上，市区内的配电线路由于周围建筑物的屏蔽作用，实际次数要远远小于这个数值，而对于郊 区空旷地带，对芜湖地区而言，根据运行经验，又要远远大于这个数值。以上计算虽然为200kA，实际流 过 ZnO的雷电流极少，这样若选择接地电阻 3OQ，按 EMTP暂态计算程序，流过 ZnO的雷电流幅值为 16kA以下，虽然如此，为保证一定裕度，可选择D3阀片，它能承受65kA大电流冲击2次。若每基杆都 安装，则20年内ZnO损坏率约为万分之六，安全裕度虽高，但经济性、实用性较差。若每隔4基杆安 装，损坏率为千万之2．4。同时安装太密，对带电作业施工要求较高，故宜 3基杆左右安装一组。 · 28 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐 勇：10kV架空绝缘线路断线及雷击故障分析 串联间隙，由引流环至绝缘线路之间的空气隙组成，其应满足： A．在雷电过电压下串联间隔应可靠动作，保证绝缘子不闪络，要与绝缘子的型式进行配合，确实间 隙长度。 B．能耐受最大工频过电压不击穿。同时还要考虑污秽等外界影响。 从第1点来看，间隙距离越小越好，这样绝缘子闪络的可能性越小。但与第2点相矛盾。若以绝缘子 闪络率不超过5／100000为依据，按国标雷电冲击相对标准偏差0．03进行推算，要保证绝缘子闪络率要求， 雷电过电压应小于0．88倍绝缘子50％雷电冲击闪络电压，同理要保证ZnO不动作概率小于5／100000，那 么保护器串联间隙50％雷电冲击闪络电压应小于0．88倍的雷电过电压。由此可知要保证保护器可靠动 作而绝缘子不闪络，要求绝缘子 50％雷电冲击闪络电压至少要比串联间隙50％雷电冲击闪络电压高出 25．6％以上，即绝缘配合系数应为 1．256，这一绝缘配合系数与前苏联的绝缘配合系数一致。从第 2点来 看，串联间隙应足够大，但与第 l点相矛盾，对 10kV线路而言，应能耐受 1．1 p．u，绝缘配合系数应大于 1．256，同时还要考虑雨、雪等影响，增加 10％，选 1．35左右较适合。 还要注意在操作过电压情况下的稳定运行，最严重的情况是开断或关合时系统已有单相接地故障， 根据 DL／T620—1997，可能达到4．0 P．u，即39kV左右。要保证在最大操作过电压 39kV条件下，间隙 不击穿。 5 技术措施 (1)根据设备选择中计算结果，确定过电压保护器几个主要技术指标分别为，额定电压为12．7kV， 直流参考电压 18kV，串联间隙距离为 100±5 mm。目前已有部分厂家试生产，最好选用成套产品。 (2)所选择安装线路宜选择郊区空旷地带或市区周围无遮挡区域，易受雷害事故影响的架空绝缘 线路，不需要全线路安装。 (3)每隔150米(3基杆左右)安装一组，接地电阻宜小于4Q，应控制在 l0Q以下。在条件不具备 时，可每隔250米(5基杆)安装，但接地电阻必须控制在4Q以下，防止地电位升高反击。 (4)对于单回路，每相均需安装，对于同杆双回路(垂直排列、三角形)安装在顶线及边线四相上，对 于同杆三回路安装在顶线及最上两层横担边线，对于同杆四回路安装在顶线及最上两层横担边线。 (5)对于雷击特别频繁区域的新建 10kV架空绝缘线路，为提高全线路耐雷水平，耐张杆选用合成 硅橡胶绝缘子，直线杆也选用合成硅橡胶支柱绝缘子，选用合成绝缘子的施工作业强度也将大大降低。 对于一般区域，耐张杆选用合成绝缘子，直线杆除合成绝缘子外，也可选用 PS一500型支柱绝缘子。 (6)对于起始杆、终端杆等架空绝缘线路与电缆线路相连接的杆位，不需再安装过电压保护器，只 需安装普通电缆头部避雷器构成进线段保护即可，不需重复安装。 (7)为防止绝缘线路水气进入，绝缘线路所用耐张线夹选用不剥皮结构，搭接头、接火点选用穿刺 线夹，并同步做好密封措施。干线段耐张杆连接处为保证连接效果，也可选用并沟线夹，但需用绝缘 自 粘带将破皮处包裹二层和其它密封处理。 (8)对于架空绝缘线路断线处理，宜采取压接方式处理，并用普通电缆热缩管加密封胶进行密封。 (9)施工工艺上，安装穿刺线夹一律使用专用工具，动作平稳，为保证穿刺效果，各类搭接头使用穿 刺线夹数量根据现场情况确定，但不得少于2个。 参考文献： [1]DL／T620—1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[s]．北京：电力出版社，1997． [2]SDJ7—79，电力设备过电压保护设计技术规程[s]．北京：水利电力出版社，1979． [3]杜澍春．关于输电线路防雷计算中若干参数及方法的修改建议[J]．电网技术，1996，(12) [责任编辑：朱子] · 29· 维普资讯 http://www.cqvip.com