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35kV輸電線路雷擊事故參數與整改策略

來源:原創論文網 添加時間:2019-11-22

  摘    要: 輸電線路雷害事故引起的跳閘,不但影響電力系統的正常供電,增加輸電線路及開關設備的維修工作量,輸電線路的防雷是減少電力系統雷害事故及其所引起電量損失的關鍵。文章介紹了本35kV輸電線路雷害的原因、途徑,提出了防范的措施、設計及整改,為此類輸電線路提供借鑒。

  關鍵詞: 直擊雷過電壓; 耐雷水平; 雷擊跳閘率; 雷電參數; 防雷措施;

  Abstract: The tripping caused by the lightning accident of the transmission line not only affects the normal power supply of the power system, but also increases the maintenance workload of the transmission line and switchgear. The lightning protection of the transmission line is the key to reduce the lightning accident of the power system and the power loss caused by it. This paper introduces the causes and ways of lightning damage of this 35 kV transmission line, and puts forward the preventive measures, design and rectification, so as to provide reference for this kind of transmission line.

  Keyword: direct lightning overvoltage; lightning resistance level; lightning trip rate; lightning parameters; lightning protection measures;

  1、 線路概況

  某35kV輸電線路,為某水電廠的重要備用電源,特別是在枯水季節,該線路負擔著水電廠的廠內部分負荷及黑啟動要求。線路全長約20Km,60基桿塔,線路所處的區域,每年平均雷暴天為68.1天,屬于強雷區。線路桿塔大部分為鐵塔,塔基基本都建在山頂或半山腰處,海拔高度絕大多數在1100米以上。線路導線型號為JL/G1A-95/20,2條避雷線為鍍鋅鋼絞線,保護角為15°~25°。整條線路地形較為復雜,土質石多土少,表層多為強風化石土,土壤電阻率較高,經檢測,土壤電阻率超過200Ω·m,有部分桿塔達到1000Ω·m以上,加上該地區山區為金屬礦富礦區,使得線路雷害較為嚴重,年平均因雷擊造成的跳閘事故多達7~8次,給線路的安全可靠的運行帶來嚴重影響。加強及改進該輸電線路的防雷措施,成為了一項重要的工作。

  2、 35kV輸電線路雷擊事故的幾個主要雷電參數

  線路的防雷整改,應該先從幾個主要的雷電參數進行核實和計算。

  2.1、 雷電流幅值概率

  通過氣象資料查明,該線路地區平均雷暴日數為68.1天,屬于多雷區,根據我國電力行業標準DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》附錄C1雷電流幅值的概率推薦的公式,雷電流幅值超過I的概率可按下式求得:Da(lgP)=(-I/88)×68.1
 

35kV輸電線路雷擊事故參數與整改策略
 

  式中:Da-100KA雷電流幅值一年的概率;I-雷電流,KA;68.1-線路所處地區年平均雷暴日數。

  根據以上所式,可以求出該線路在I1、I2、I3等不同雷電流幅值概率:

  I1=100kA時為5次/年,I2=40kA時為24次/年,I3=30kA時為31次/年。

  2.2 、擊桿率

  雷擊線路桿塔頂次數與雷擊線路總次數之比值叫做擊桿率g。避雷線根數越多,g值越小。山丘g值比平原大。帶有雙避雷線來說,山丘0.25,平原0.17。該35kV輸電線路桿塔基本都建在山丘頂上和半山腰,所以g值較大,容易遭受雷擊。

  2.3、 繞擊率

  為防止雷電直擊于導線,高壓線路一般均加掛避雷線,但避雷線對導線的保護并非絕對有效,仍存在一定的雷電繞過避雷線直擊導線的可能性。

  關于繞擊率可表示為:Pa=N2/N

  N2-每年每單位長度線路的雷電繞擊次數(次/100Kma或次/100Km40雷暴日)。

  平原和山丘繞擊率也可以按照以下計算式進行:

  該35kV線路設計保護角為15°~25°,滿足平原地區,不滿足規程要求的山丘地區20°~30°范圍。同時該線路處于高山上和多雷暴日區域,應當將保護角再增大為28°~38°。從保護角看,該線路受繞擊的概率增加,勢必增加了線路跳閘的概率。

  2.4 、雷擊塔頂時的耐雷水平

  有避雷線的35kV線路的耐雷水平為20-30(kA),經抽查,該線路7號桿32Ω、13號桿30Ω、15號桿30Ω、19號桿21Ω、26號桿21Ω、31號桿31Ω、32號桿21Ω、35號桿21Ω,拿13號桿接地電阻30Ω、44號桿22Ω、58號桿18Ω,計算耐雷水平I算式:I=U50%/(1-K)[β(Rch+Lgt/2.6)+hd/2.6]

  U50%-沖擊放電電壓(規程推薦取700kV),K-避雷線與導線間的耦合系數(取0.238),hd-導線平均高度(取18米),β-桿塔分流系數(取0.82),Lgt-桿塔電感(桿塔總高度22.2m×0.5/μH=11.1μH),Rch-桿塔沖擊接地電阻Ω。

  根據以上公式,計算35kV線路13號、44號、58號等桿塔的耐雷水平(沖擊接地電阻系數取0.8),見表1。

  表1
表1

  根據相關規程規定,35kV帶避雷線線路耐雷水平為20-33(kA),可見該線路耐雷水平有多桿沒有滿足要求,這里還是只取18米高度,該線路有多桿達到30米以上的高度。

  2.5、 輸電線路的雷擊跳閘率

  線路的總跳閘率n為雷擊桿塔跳閘率與繞擊跳閘率之和,即:n=N(gp1+PaP2)η

  N為100Km線路每年(40個雷電日)雷擊的次數,算式為0.28(b+4h)次/(100Km·年)。g擊桿率,Pa為繞擊率,P1為雷電流幅值超過雷擊桿塔耐雷水平的概率(可查詢),P2為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概率(可查詢)。

  該35kV線路雙避雷線的線路其雷擊跳閘率為不大于1.5次/100Km40雷暴日,據統計該35kV輸電線路每年跳閘7~8次,線路長度20Km左右,其雷擊跳閘率為7×(100/20)=14次/100Km·40雷暴日,大大的超過了設計及規程要求。

  3、 線路防雷整改具體措施

  根據以上分析,提高該線路的防雷性能,降低線路的雷擊跳閘率為主要手段,綜合地形和經濟性等因素,采用以下幾種措施:

  3.1、 降低桿塔接地電阻(最主要措施)

  本線路應將每根桿塔的接地電阻降到10Ω以下(含10Ω),具體做法為:(1)垂直深井地極的材料采用鍍銅鋼棒地極,直徑Ф14.2mm,每根長1.22m,中間用專用連接器將多根接地棒連接起來,得到所需要的長度。鍍銅鋼棒地極因其強度高,所以特別適合深鉆,很容易打入地下,無需機械鉆孔開挖,施工方便。深井地極施工方法:在距離桿塔1米左右選好點后開挖深0.6~0.8米、寬0.4米的坑。將第一根帶有鉆頭的鍍銅鋼棒從坑中間打入地下,當地極棒上端離坑底0.1米時,用專用連接器接上第二根鍍銅鋼棒。然后繼續往下打,以此類推,打到所需要的長度或地極棒鉆頭碰到大石頭或巖石層即可停止。每組深井地極之間的距離應大于5米。在施工過程中,當鍍銅鋼棒碰到大石頭或巖石層無法再打下去,深井地極長度不夠要求時,根據具體情況,可增加深井地極組數量,直到接地電阻值達到要求為止。(2)對于部分地基電阻率過高的桿塔,采用地網引出,在其附近電阻率較低區域建立地網,以水平地極為主垂直地極為輔的延伸地極方式。

  3.2、 安裝復合外套金屬氧化物線路避雷器

  裝設線路避雷器防雷要達到技術經濟性,具體要求如下:(1)對特殊的桿塔(如坡頂、跨度較大桿塔及遭受過雷擊或易遭受雷擊的桿塔)安裝一組(三相)線路避雷器。(2)孤立桿塔安裝一組(三相)線路避雷器。(3)接地電阻很大的桿塔安裝一組(三相)線路避雷器。

  3.3 、增加桿頭絕緣

  對大跨越、谷口兩側、懸崖邊及易受雷擊的桿塔增加1~2片絕緣子,提高耐雷水平。

  3.4 、加裝側向避雷針

  在超過30米高度、大跨越、谷口兩側、懸崖邊及易受雷電繞擊的桿塔上安裝側向避雷針,以防護進入桿塔側面避雷線屏蔽失效區的低空雷電先導,補充避雷線屏蔽的不足。

  4、 整改效果

  該線路于2016年按照以上措施完成整改,各桿塔電阻工頻接地電阻均低于10Ω以下(含10Ω),原接地電阻較大的13號桿,按新的接地電阻計算,耐雷水平如表2:

  表2
表2

  整改同時加裝了避雷器和側向避雷針,對其中三個大跨越鐵塔增加了桿頭絕緣,經過2017年、2018年、2019年上半年的運行情況來看,兩年半時間一共只跳閘三次,取得了較好的效果。

  5、 結束語

  輸電線路的防雷是減少電力系統雷害事故及其所引起電力損失的關鍵。做好輸電線路的防雷設計和施工,不僅可以提高輸電線路本身的供電可靠性,而且可以使變電所、發電廠安全運行得到保障。

  參考文獻

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  [2] GB50233-2014.《110kV~750kV架空輸電線路施工及驗收規范》國家標準[Z].
  [3] GB50169-2016.《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》國家標準[Z].
  [4]DL/T620-1997.《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中國電力行業標準[Z].
  [5] DL/T475-2017.接地裝置特性參數測量導則[Z].

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