青藏高原地區(qū)10kV架空配電線路防雷措施研究

劉國強(qiáng)

摘 要：本文針對(duì)青藏高原地區(qū)年雷暴日數(shù)遠(yuǎn)高于同緯度地區(qū)，10kV架空配電線路易遭受雷擊，造成配電線路發(fā)生閃絡(luò)，架空導(dǎo)線雷擊斷線的現(xiàn)狀，分析、減少降低絕緣閃絡(luò)、短路故障跳閘和雷擊斷線事故的防護(hù)措施，采用穿刺型防弧金具與串聯(lián)外間隙氧化鋅避雷器配合對(duì)10kV架空配電線路進(jìn)行保護(hù)，結(jié)合青藏高原地區(qū)地址條件復(fù)雜，土壤電阻率高的情況提出切實(shí)可行的接地降阻方法。

關(guān)鍵詞：青藏高原;10kV架空配電線路;線路防雷措施

1 概述

夏季青藏高原是巨大的熱源區(qū)，高原主體上空氣流以上升運(yùn)動(dòng)為主，而南北兩側(cè)各有一個(gè)下沉氣流區(qū)與之相聯(lián)系。研究表明，由于高原特殊的地形分布，其熱力和動(dòng)力作用會(huì)對(duì)其上空的大氣環(huán)流產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，導(dǎo)致青藏高原成為全年對(duì)流云出現(xiàn)最多的地區(qū)之一，其陣型降水日數(shù)、雷暴日數(shù)、冰雹日數(shù)遠(yuǎn)高于長江中下游地區(qū)。青藏高原不少地區(qū)年雷暴日數(shù)都在50-70天，是全國雷暴的次中心。[1]雷擊易造成輸配電線路絕緣閃絡(luò)、短路故障跳閘、雷擊斷線等事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。本文在收集、分析10kV配電線路防雷技術(shù)的基礎(chǔ)上，面對(duì)10kV架空配電線路運(yùn)行嚴(yán)峻的防雷形勢(shì)，提出較為有效的防雷保護(hù)措施，旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、分析不足，為10kV配電電線路安全可靠運(yùn)行提供依據(jù)。

2 雷電對(duì)架空線路的危害

當(dāng)架空線路受到雷電直擊或線路附近發(fā)生落雷時(shí)，導(dǎo)線上會(huì)因?yàn)橹睋舢a(chǎn)生巨大的雷電流或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生過電壓。當(dāng)雷電直擊產(chǎn)生的雷電流流過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。如果熱量超出導(dǎo)線的承受能力，便會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線燒斷或斷股。感應(yīng)雷引起的過電壓往往高達(dá)線路相電壓的幾倍甚至幾十倍，使線路絕緣發(fā)生單相或多相閃絡(luò)，造成配電線路跳閘，甚至設(shè)備燒毀等事故，不僅影響設(shè)備的安全運(yùn)行，而且嚴(yán)重影響了日常生產(chǎn)、造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 10kV架空配電線路防雷保護(hù)措施

10kV架空配電線路桿塔高度通常很低，且分布廣，絕緣水平也較低，因此，線路附近落雷引起感應(yīng)過電壓的概率遠(yuǎn)高于線路直接遭受雷擊。而10kV架空線路附近大地遭受雷擊時(shí)，會(huì)使線路上三相同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，從而造成兩相或三相絕緣子同時(shí)發(fā)生閃絡(luò)。[2]因此，由雷電直擊造成10kV架空線路斷線事故的概率很小，而感應(yīng)雷過電壓則是引起10kV架空線路雷擊跳閘的主要原因。有研究表明，感應(yīng)雷過電壓引起的閃絡(luò)或故障約占雷擊跳閘事故的90%[3]所以，10kV架空配電線路防雷保護(hù)的重點(diǎn)應(yīng)為防止感應(yīng)雷過電壓引起的絕緣閃絡(luò)。

3.1 采用穿刺型防弧金具 穿刺型防弧金具，具有成本低廉，安裝維護(hù)方便的特點(diǎn)。如圖1所示，穿刺型防弧金具由高、低壓電極構(gòu)成G1、G2 兩個(gè)間隙，分別用于釋放和熄滅雷電沖擊電弧。其中高壓電極與絕緣導(dǎo)線穿刺連接，引出高電位，且配戴了絕緣罩，用于給工頻電弧弧根的運(yùn)動(dòng)留有通路，低壓電極安裝于絕緣子底部。該防弧金具能夠在絕緣子閃絡(luò)之前放電，從而使電弧在金具上釋放能量燃燒，減少絕緣閃絡(luò)和導(dǎo)線斷線事故的發(fā)生。在10kV配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)于易發(fā)生雷擊跳閘事故的線路桿塔每基安裝支柱絕緣子配合穿刺型防弧金具的方法已經(jīng)取得了顯著的效果。

圖1 ?穿刺型防弧金具的構(gòu)成[4]

3.2 串聯(lián)外間隙氧化鋅避雷器 普通的線路避雷器雖然能夠提高線路的耐雷水平，但是因長期承受工頻電壓，還要間歇地承受雷電過電壓及工頻續(xù)流，很容易老化而產(chǎn)生故障。為彌補(bǔ)這種缺陷，可在10kV配電線路上使用帶串聯(lián)外間隙的氧化鋅避雷器。氧化鋅閥片具有很理想的非線性伏安特性，在額定電壓下，其對(duì)應(yīng)的電流一般不超過A。因此，氧化鋅閥片在工作電壓下相當(dāng)于一個(gè)絕緣體。

由于氧化鋅的理想非伏安特性，氧化鋅避雷器在正常運(yùn)行中不受工作電壓的影響，因而避免了自帶火花間隙的一系列缺點(diǎn)。相比帶火花間隙的傳統(tǒng)避雷器，氧化鋅避雷器具有耐污性能好，無放電時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，因而有更低廉的制造和維護(hù)成本和更好的保護(hù)性。在實(shí)際的線路防雷工作中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在重要配電線路和易遭受雷擊段每基桿塔安裝串聯(lián)外間隙的氧化鋅避雷器，可以以較低的經(jīng)濟(jì)成本保證配電線路防雷的可靠性。

3.3 降低接地電阻 防雷接地是10kV架空配電線路的一項(xiàng)重要防雷措施，其作用是將雷電流引入大地從而降低雷電流流過防雷保護(hù)裝置時(shí)引起的電位升高。而接地電阻是指土壤的電阻大小，它反映了電流在土壤中的傳導(dǎo)能力。接地電阻越小，接地裝置對(duì)雷電流的導(dǎo)流效果越明顯。因此降低接地電阻能有效地提高防雷效果。

青藏高原地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，地層多為砂、石，土壤電導(dǎo)率差，個(gè)別地段為凍土層，土壤凍結(jié)深度達(dá)1m以上。且由于氣候干旱，土壤松散、干燥，保濕性差，致導(dǎo)電性差。針對(duì)這種情況，可在土壤干旱松散地段的配電線路水平接地體周圍施加高效膨潤土降阻防腐劑，必要時(shí)進(jìn)行換土，以降低土壤電阻率和防止接地體被腐蝕而影響接地效果。但在個(gè)別土壤電阻率很高并有凍土的地區(qū)線路，降阻劑的效果并不明顯，且換土困難，此時(shí)可采用具有吸濕、保濕、接地電阻低、耐沖擊電流和耐工頻電流性能良好的垂直接地模塊，來滿足對(duì)接地電阻的要求[5]。

4 結(jié)論

①在10kV架空配電線路上采用支柱絕緣子配合穿刺型防弧金具，穿刺型防弧金具能夠有效放電、引弧，避免雷擊引起的絕緣子閃絡(luò)和短線事故的發(fā)生。②10kV配電線路防雷，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在重要供電線路和易遭雷擊段在每基桿塔安裝串聯(lián)外間隙的氧化鋅避雷器，與其他線路的穿刺型防弧金具配合使用，可在較低的成本下獲得可靠的保護(hù)效果。③針對(duì)青藏高原地區(qū)土壤電導(dǎo)率差，且地質(zhì)條件復(fù)雜，地層多為砂、石和凍土層的情況，可使用耐沖擊電流和耐工頻電流性能良好的垂直接地模塊，在難以有效直接降低土壤電阻率的情況下滿足對(duì)接地電阻的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤偉，臧增亮，潘曉濱，等.夏季青藏高原雷暴天氣及其天氣學(xué)特征的統(tǒng)計(jì)分析[J].高原氣象，2012（7）：55-61.

[2]王茂成，呂永麗，鄒紅英，等.10kV絕緣導(dǎo)線雷擊斷線機(jī)理分析和防治措施[J].高電壓技術(shù)，2007（1）：107-110.

[3]何建林，張電，劉渝根，等.基于實(shí)際雷電參數(shù)的10kV架空絕緣線路防雷分析[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2011（2）：68-72.

[4]陳維江，孫昭英，周小波，等.防止10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線用穿刺型防弧金具的研制[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005（20）：82-84.

[5]沈剛.青藏高原防雷接地施工淺談[J].青?？萍?，2011（2）：104-106.