10 kV線路避雷器保護范圍及預防性試驗

潘英吉, 周和平

(1.國網(wǎng)吉林供電公司, 吉林 吉林 132001;2.吉林市電力設備安裝有限公司, 吉林 吉林 132011)

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10 kV線路避雷器保護范圍及預防性試驗

潘英吉1, 周和平2

(1.國網(wǎng)吉林供電公司, 吉林 吉林 132001;2.吉林市電力設備安裝有限公司, 吉林 吉林 132011)

分析了10 kV架空線路的雷害事故,探討了避雷器有效保護范圍,并對避雷器進行周期預防性試驗。提出要結合國家電力行業(yè)標準DL/T 1292—2013《配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線防護導則》,沿線桿塔均應逐級逐相安裝避雷器,且應盡量降低避雷器上的殘壓,消除保護盲區(qū),確保10 kV架空線路的安全運行。

10 kV線路; 雷害事故分析; 防護措施; 預防性試驗

0 引 言

為提高供電可靠性,10 kV配電系統(tǒng)一般采用中性點不接地運行方式,架空線路已由原來的裸導線逐漸更換為絕緣導線。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,電力系統(tǒng)運行規(guī)程規(guī)定,允許帶接地點運行2 h。在運行中,雷電擊到架空裸導線上與架空絕緣導線上所產(chǎn)生的結果是不一樣的,同時涉及到線路避雷器的有效保護范圍。

1 事故分析

10 kV配電網(wǎng)對地絕緣相對較薄弱的環(huán)節(jié)是絕緣立瓶對地的距離,也就是在絕緣立瓶中心線左右L=100～120mm處,這是導線對地的空氣距離最近的地方。當雷電擊在架空裸導線A相上時,放電過程如圖1所示。

直擊雷或感應雷擊在架空裸導線上,首先在線路對地空氣距離最近點L處放電,雷電流Id沿弧光泄入大地,UA=0,其他良好相對地電壓升為線電壓,B、C相的電容電流沿接地點及弧光通道流回到電源,并形成工頻續(xù)流。由于弧光的低壓端被鉗制在絕緣立瓶的根部,弧光高壓端在電磁力的作用下,沿著負荷電流方向移動,使弧光對地距離迅速被拉大,直至電弧自動熄滅。若雷電擊在兩相或三相導線上時,形成短路,電流保護動作跳閘。

圖1 雷擊裸導線放電過程

如果雷電擊在架空絕緣線路上,即C相上時,同樣在距絕緣立瓶中心線L處導線絕緣層被擊穿,表面上下呈現(xiàn)細小針孔狀。雷擊絕緣導線放電過程如圖2所示。

圖2 雷擊絕緣導線放電過程

雷電在針孔位置對絕緣立瓶根部進行放電,即形成雷電流Id,并通過桿塔泄入大地。C相對地電壓UC為0,A、B相對地電壓升高為線電壓。高壓端的電弧雖然受到電磁力的作用,但因絕緣層的阻礙,固定在針孔位置,低壓端的電弧被鉗制在立瓶根部,均無法移動,工頻電容電流IC=IA+IB沿雷電流通道的接地點流回電源。10 kV系統(tǒng)由瞬間接地轉變成持續(xù)性接地,最終工頻續(xù)流引起的弧光將架空絕緣導線燒斷。

2 避雷器保護范圍

為保護線路安全運行,避雷器有效保護范圍一直是安全運行研討的課題。當雷電擊在線路任何位置時,由于雷電波受到電磁力的作用,將沿電流方向移動。因線路對地的空氣最小距離就是絕緣立瓶對地的距離,如果在絕緣立瓶處安裝一組避雷器,在雷擊高電壓的作用下,避雷器中的氧化鋅(ZnO)電阻片即刻呈現(xiàn)低阻值,將雷電流泄入大地,雷電波變化過程如圖3所示。

避雷器ZnO電阻片在系統(tǒng)正常電壓下,呈現(xiàn)高阻抗,剩余電流ILd<50 μA。當雷電擊在線路上時,避雷器電阻片呈現(xiàn)低阻抗,將幾百安培雷電流泄入大地,故可以把電阻片作為閥門開關。圖3中,雷電波bo1經(jīng)避雷器泄入到大地一部分能量bo2,線路上雷電壓幅值急劇下降。當雷電壓等于避雷器本身殘壓時,ZnO電阻片即刻恢復到高阻值狀態(tài),閥門關閉,雷電流突然截止,近乎為0。依據(jù)電磁感應定律,電流變化率的突變,勢必引起感應電動勢陡峭上升,感應電動勢疊加在殘壓上,使雷電波bo3電壓再次升高,對下一級絕緣立瓶進行放電;如果雷電擊在兩級桿塔中間,雖然雷電波因受到電磁力的吸引,沿電流方向移動,但第N(N=1,2,3…)級桿塔上避雷器若感受到雷電高電壓時,仍然會動作,將雷電流泄入大地。為防止下一級絕緣立瓶閃絡,造成絕緣擊穿,第N+1級桿塔上同樣需要安裝一組避雷器,再次將雷電流泄入大地。

圖3 雷電波變化過程

經(jīng)上述分析,為保護全線路安全和減少雷害所造成的損失,架空裸導線或絕緣導線沿線應逐級逐相安裝避雷器,并且應盡量降低避雷器上的殘壓,以控制感應電動勢上升的幅值。目前已經(jīng)有兩用避雷器,可將雷電流泄入大地,又兼顧絕緣立瓶支撐導線的作用,使全線路得到保護,提高了運行的可靠性。

3 預防試驗

避雷器在線路上長期運行,因封閉失效受潮,絕緣電阻下降;避雷器在雷雨天經(jīng)常動作,失去阻值自恢復功能,導致剩余電流過大,長期發(fā)熱。這些問題都易引起避雷器發(fā)生爆炸。因此,按照電力行業(yè)標準要求,需對避雷器進行周期預防性試驗,電壓等級在35 kV及以下,所測得的電阻值不低于1 000 mΩ,讀數(shù)偏低或為0,說明ZnO電阻片已經(jīng)不能恢復到高阻值狀態(tài),閥門無法關閉,將導致泄漏電流過大,甚至造成單相接地等故障,與其相反阻值為無窮大,說明電阻片處在斷路狀態(tài),閥門無法打開,避雷器失去應有的作用?？紤]到避雷器泄放過雷電流,在電阻片之間產(chǎn)生過高溫,易形成極間電容及老化狀態(tài)等問題,需要對避雷器進行直流試驗,即直流1 mA下電壓及75%電壓下泄露電流ILd的測量。避雷器伏安特性曲線如圖4所示。

圖4 避雷器伏安特性曲線

4 結 語

本文結合標準DL/T 1292—2013,分析了10 kV線路避雷器保護范圍及預防性試驗。通過對雷害密集區(qū)的3條10 kV線路實施逐相逐級安裝避雷器,消除了架空絕緣導線斷線事故,降低了因雷害發(fā)生單相接地及跳閘事故,大幅提高了供電可靠性和安全性。

[1] 配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線防護導則:DL/T 1292—2013[S].

[2] 丁榮.城市配電線路絕緣化和防雷措施[J].現(xiàn)代電力,2000,17(2):55-61.

[3] 李天林.消弧線圈自動補償?shù)膽肹J].云南電力技術,2002,30(4):57-58.

[4] 李凡,施圍.線路避雷器的絕緣配合[J].高電壓技術,2005,31(8):18-2.

[5] 電力設備預防性試驗: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,高級工程師,從事自動化遠程控制、太陽能發(fā)電和繼電保護等工作。

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,高級工程師,從事系統(tǒng)過電壓、避雷器、電能計量研發(fā)等工作。