提高雷雨季節(jié)油田電網運行可靠性的技術研究

冀東油田供電公司 封 衡 羅 剛 師 鵬

1.前言

近年來，油區(qū)所屬范圍內遭受的惡劣極端天氣逐漸增多，自從2012年5月中旬以來油田所在區(qū)域進入了雷雨季節(jié)，今年的雷電密度和雷電強度都遠遠超越以往幾年，線路多次遭受雷擊，造成油田配電網絡因雷電原因多次發(fā)生故障，對油田的正常生產造成了一定的影響。

為了提高油田電網雨季運行可靠性，為公司的保油上產提供可靠的電力保障，我們對提高油田電網雨季運行可靠性問題進行了深入的研究和探討，并制定了相關改進措施。

2.油田電網現狀及存在問題分析

2.1 雷雨季節(jié)油田電網運行現狀

油田電網，目前共有10kV供電線路194條，總長384.05kM，其中包括架空線路50條，共300.86kM；電纜線路144條，共83.19 kM。配電線路的典型特征為，線路長，分支多，分布廣。同時我油田地處平原沿海，地面廣闊，雨季雷電活動頻繁，架空線路沒有其他建筑物和自然屏蔽物保護，因而多次遭到雷電侵害，且出現故障后，故障點不易查找。我們對近年來油田電網因雷雨天氣造成的故障情況進行了統計分析，總結出目前影響雷雨季節(jié)電網運行的主要問題主要有兩個方面：一是避雷器的防雷效果有待繼續(xù)提高；二是出現雷擊故障后故障點不易查找，導致停電時間加長。

2.2 避雷器的應用與選型問題

近年來油田電網遭遇的惡劣天氣逐漸增多，防雷仍然是配電電網的重中之重，而避雷器在電網防雷中依舊發(fā)揮著不可替代的作用。今年灘海514線路避雷器集體故障讓我們不得不把注意力集中在避雷器的應用與選型中上面。通過對故障避雷器的解剖，結合故障避雷器的各項參數指標，我們總結出避雷器易發(fā)生故障的主要技術問題：

2.2.1 避雷器脫離器的選型問題

避雷器能否在損壞、老化后可靠脫離電網，是避雷器安全可靠運行的一個重要指標，所以避雷器的脫扣器對避雷器來說是一個重要的元件。我國10kV配電系統屬于中性點非有效接地系統，在發(fā)生單相接地時接地容流很小，要求在單相故障時工頻故障電流小的情況下，系統能繼續(xù)運行一段時間；而在系統短路時要求系統在大工頻過電流下能迅速切斷故障點。由于我國配電系統接地方式的獨特要求，使得10kV線路用避雷器脫離器的參數選擇尤為重要。

2.2.2 氧化鋅避雷器的密封性差

氧化鋅避雷器密封老化問題，主要是生產廠家采用的密封技術不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定，在溫差變化較大時或運行時間接近產品壽命后期，造成其密封不良而使潮氣浸入，造成內部絕緣損壞，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。

圖2.1 線路避雷器電阻片受潮圖示

2.2.3 瓷套污染嚴重

由于工作在室外的氧化鋅避雷器，瓷套受到環(huán)境粉塵的污染，特別是設置在冶金廠區(qū)附近線路，由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻，而使沿瓷套表面電流也不均勻分布，勢必導致電阻片中電流的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布)，使流過電阻片的電流較正常時大1個數量級，造成附加溫升，使吸收過電壓能力大為降低，也加速了電阻片的劣化。

2.2.4 避雷器抗沖擊能力差

氧化鋅避雷器多在操作過電壓或雷電條件下發(fā)生事故，其原因是因電阻片在制造工藝過程中，由于其各工藝質量控制點控制不嚴，而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強，在頻繁吸收過電壓能量過程中，加速了電阻片的劣化而損壞，失去了自身的技術性能。

圖2.2 油田電網避雷器電阻片放電圖示

2.3 故障點查找問題

目前油田電網排查故障的一般方法為，當配電線路發(fā)生故障后，由電力調度室通知線路工區(qū)進行巡線，查找故障點并迅速排除故障。其中每次查找故障點所用時間占處理故障總時間的80%以上，而找到故障點后處理故障所用時間僅占20%左右。我們結合油田電網當前的運行情況對故障點查找困難的原因總結如下：

2.3.1 油田電網所處地形環(huán)境復雜

油田電網10kV配電線路多處于蝦池、溝邊等地理環(huán)境惡劣的地區(qū)，且道路狹窄崎嶇，行車不便，且線路發(fā)生故障時通常都伴隨有雷雨天氣，導致道路泥濘難行，很大程度上影響了巡線的速度。

2.3.2 線路長、分支多、環(huán)點多

經過對線路情況進行統計，很多線路主線長度超過10km、分支數目多超過8條，高柳廟地區(qū)的環(huán)點多達50個，例如陸上514線路長達22.5km，分支線路多達15條。查找故障時，需對每條線路每個分支逐一巡視查找，且故障點隱蔽，不易靠肉眼發(fā)現。

圖2.3 避雷器故障示意圖

2.3.3 故障排查主要依靠人工選線，效率低

目前供電公司在發(fā)生故障時通過以下幾種簡單方法，人工選出故障可能性較大的線路，由電力調度室通知線路工區(qū)對這些線路進行重點巡視排查。

方法一：借助鉗形電流表判別故障線路。當線路發(fā)生故障時，用鉗形電流表對變電站內所有出線的零序電流進行測量。比較其大小，零序電流值最大的出線為故障線路的可能性較大，對此線路進行重點巡視。

方法二：通過微機保護裝置查看零序電流及報警信息。通過保護裝置查看故障母線所帶各出線的零序電流，比較其零序電流大小，選出發(fā)生故障可能性較大的線路，由電力調度通知線路工區(qū)重點巡視。

圖2.4 通過保護裝置判斷故障點

圖2.5 通鉗形電流表判斷故障點

方法三：通過消弧線圈控制器查找。陸上110Kv變電站主變35kV中性點和灘海110Kv變電站主變35kV中性點均裝有消弧線圈。消弧線圈控制器可以進行接地選線，但它的準確性較差。

以上選線方法雖然能在一定程度上對故障排查起到指導性作用，但也改變不了其不能自動準確定位的硬傷，需要對所有可能出現故障的線路進行巡視檢查，故障排查具有一定的盲目性，排查效率不高。在技術上很大程度制約了故障點的快速定位。

3.油田電網雨季運行可靠性提高的措施

通過以上雷雨季節(jié)油田電網運行可靠性的隱患，我們分別對避雷器的應用和雷擊故障的排查提出相關的技術措施，并已逐步進行實施。

3.1 關于避雷器運行與選型的幾點措施

3.1.1 優(yōu)化選型方案

在設計選型上面，我們應優(yōu)先選用多年穩(wěn)定運行實踐的產品，應選擇有先進的工藝設備和完善的檢測手段的生產廠家，嚴把避雷器的檢測關，其中我們使用的符合外套氧化鋅避雷器的密封性檢測值得我們高度重視。只有通過嚴格的設計選型才能保證選用的避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使避雷器在壽命周期內穩(wěn)定運行。

目前線路避雷器容易故障的技術規(guī)格問題很有可能是通流容量偏低。目前線路上避雷器的耐受沖擊參數是65kA/150A，電阻片的直徑為26mm。導致線路上避雷器泄漏電流大的原因有可能是，避雷器的電流耐受沖擊值過小，當遭到強雷擊時避雷器出現老化恢復不到原來的高阻態(tài)。所以建議避雷器電流耐受沖擊參數提高到100kA/250A，電阻閥片的直徑為42mm，高度24mm。

圖3.1 不同截面積電阻片

同時油田電網地處沿海地區(qū)，受鹽霧、海風、鳥糞等腐蝕嚴重，所以在避雷器的外絕緣選擇應該按照IV考慮，所以建議避雷器的爬電比距由原來的2.5cm/kV提高到3.1cm/kV。

針對以上選型理念，綜合分析多家避雷器生產廠家的避雷器產品特性，供電公司已于有良好口碑的避雷器廠家取得合作，購入YH5WX-17/50L避雷器200組，逐步應用于南堡供電工區(qū)雷電高發(fā)線路上。該型避雷器采用新型熱爆式脫離器，Ⅳ耐污性能，密封性能好，且各項試驗指標符合油田電網防雷要求。

3.1.2 加強技術管理與故障分析

加強對氧化性避雷器的技術管理工作，建立氧化性避雷器技術檔案，對出廠報告、定期測試報告均要存放入技術檔案，以便隨時監(jiān)測避雷器的選型是否符合要求，并且隨時對相關故障事件進行分析，一旦發(fā)現問題及時調整選型方案，彌補避雷器存在的缺陷。

3.1.3 重視新技術新工藝避雷器的嘗試

隨著配電線路對避雷器性能要求的逐漸加大，各避雷器生產廠家也不斷探索避雷器生產的先進技術與工藝。其中串聯間隙氧化鋅避雷器正逐漸發(fā)展成熟，相比無間隙氧化性避雷器有其獨特的優(yōu)點。

圖3.2 串聯間隙氧化性避雷器結構

串聯間隙氧化鋅避雷器采用間隙組與氧化鋅電阻片串聯結構，一方面克服了無間隙氧化鋅避雷器用在中性點不直接接地系統中，避雷器電阻片存在長期通流，在較高過電壓引起損壞的可能性；另一方面又不同于傳統的碳化硅避雷器那樣存在著續(xù)流滅弧等薄弱環(huán)節(jié)。具有通流容量大，幾乎無續(xù)流，等明顯優(yōu)點。串聯間隙氧化鋅避雷器也有著單相弧光接地耐受時間短、性能受間隙安裝工藝制約等缺陷。

由于油田電網還沒有串聯間隙氧化鋅避雷器的運行經驗，我們采取了先進行少量安裝實驗，確定其實際應用可靠性后再逐步推廣的方案，引進20組YH5CX-13/40C空氣間隙金屬氧化物避雷器，于南堡供電工區(qū)雷電高發(fā)線路進行試點應用。

3.2 關于故障點查找時間較長、查找困難的相關措施

3.2.1 變電站引進小電流接地選線設備，減少故障排查時間

為了解決變電站故障選線困難，故障查找時間長的問題，我們通過多方調研和考察，根據油田電網的實際情況引進“TY-06型小電流接地裝置”。

圖3.3 S注入法原理示意圖

圖3.4 TY-06前面板

該裝置利用“S注入”法選線原理通過電壓互感器二次側向系統注入一個特殊信號電流，檢測該信號實現接地故障選線及定位。

圖3.5 激勵信號示意圖

該裝置特點為：不需增加任何一次設備，不會對運行設備產生任何不良影響；注入信號不同于系統中任何一種固有信號的特征，因此不受系統干擾的影響，便于檢測；自動判斷故障線路，并將故障信息傳送至電力調度；選線后，在不拉路的情況下，可通過手持式信號定位探測器準確查找到接地故障點。

安裝該裝置后，發(fā)生故障時該裝置自動選擇故障線路，并將最終選擇結果上傳至電力調度，電力調度可立即通知線路工區(qū)進行巡線查找故障點，從而大大減少了查找故障所需的時間。

3.2.2 配電線路安裝故障指示器，實現線路故障定點

針對架空線路長且分支多，查找故障時間長這種情況，我們在線路上不同位置安裝了故障指示器：

①安裝在變電站出口，以判斷故障在站內或是站外；

②安裝在主干線或分支處，以判斷故障所在分支或區(qū)段；

③安裝在電纜與架空線連接處，判斷故障在架空線或電纜線上；

④安裝在負荷較重用戶的配電高壓進線處，以判斷是否是由用戶原因造成。

圖3.6 故障指示器應用

圖3.7 線路故障指示器原理圖

一旦線路發(fā)生故障，巡線人員可借助指示器上紅色的報警顯示，迅速確定故障區(qū)段，排除故障。徹底改變過去盲目巡線，查找方法落后的局面，極大的提高了工作效率，縮短了停電時間。

4.效果評價

圖4.1 配電線路綜合防雷系統模型

目前，隨著以上方案的逐步實施，油田電網已經構建起一個專業(yè)有效的配電線路防雷系統。

新型避雷器在南堡地區(qū)的應用的效果明顯，自應用以來經受住了強風暴潮氣候和多次雷擊天氣的考驗，有效保護了電網運行，同線路其他附屬避雷設施一起組成了配電網絡防雷體系。

與此同時，隨著線路故障指示器的推廣和故障在線監(jiān)測系統的應用，油田電網故障快速判斷系統已基本成型，并在今年的雷雨季節(jié)發(fā)揮了應有的效果，相信隨著新型小電流接地選線裝置的應用，油田電網的故障快速判斷系統會更加成熟，油田電網的雨季運行可靠性也會得到很大的提高。

5.結束語

本文通過對雷雨季節(jié)油田電網運行現狀的分析，分別從避雷器的選型與應用和故障點的排查兩個方面尋找出了影響電網運行的技術問題，并進行了相關的技術措施分析。希望能對增強雷雨季節(jié)油田電網運行可靠性提高參考。

[1]肖國斌,祝毅.新型熱爆式避雷器脫離器[J].廣東電力,2003(12).

[2]廉浩明.無間隙金屬氧化物避雷器的選擇[J].華東電力,2008(2).

[3]陶利國,許云峰.采用數字技術的小電流接地選線和故障定位裝置[J].電力系統保護與控制,2010,32(7).[4]供電公司年度運行報告分析[R].