采油區(qū)10 kV配電線路防雷研究

段偉文，郝 捷，席楚妍

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)太原供電公司，山西 太原 030001）

1 采油區(qū)10 kV熱采線概況及運(yùn)行狀況

某市采油區(qū)10 kV熱采線為許多采油機(jī)進(jìn)行電力供應(yīng)。該條10 kV線路全線共62基桿塔，其中“上”字型直線桿32基，轉(zhuǎn)角桿3基，變壓器桿14基，刀閘桿1基，T接桿2基，耐張桿2基，終端桿8基。該線路單回架設(shè)，全線路徑總長約2.78 km，導(dǎo)線采用LJ-120型鋁絞線。參數(shù)如表1、表2所示。

表1 避雷線系數(shù)

表2 導(dǎo)線型號物理性能

該采油區(qū)10 kV熱采線采用的接地方式是中性點(diǎn)不直接接地。我國相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程并未對10 kV配電線路防雷措施進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，但由于采油區(qū)配電線路的重要性，采油區(qū)內(nèi)10 kV配電線路防雷措施的應(yīng)用也較為常見，主要有自動重合閘的安裝、避雷器的安裝以及避雷線的架設(shè)、放電間隙和過電壓保護(hù)器的使用等。

由于該采油區(qū)10 kV配電線路直線塔絕緣子串使用瓷橫擔(dān)型絕緣子，轉(zhuǎn)角塔使用2片絕緣子，輸電線路本身耐雷水平不高，因此在雷電活動頻繁的地區(qū)，線路極易發(fā)生雷擊跳閘事故，影響采油區(qū)安全生產(chǎn)。

2 采油區(qū)10 kV熱采線防雷測試

前期準(zhǔn)備工作中對該采油區(qū)10 kV配電線路進(jìn)行了測試，以10 kV熱采為實(shí)測對象，測試主要分3個方面：加裝避雷器桿塔的接地電阻測試，測試儀器為ZC-8型接地電阻測試；各基桿塔及各相線路對地高度，測試儀器為全站儀；最后，觀察線路及桿塔是否被損壞。在獲取數(shù)據(jù)之后進(jìn)行模擬分析，使用軟件為PSCAD。

2.1 線路防雷措施情況

10 kV熱采線全長2.78 km，共有62基桿塔，全線直線桿絕緣子都為瓷橫擔(dān)型絕緣子，轉(zhuǎn)角分支桿為2片F(xiàn)C-100/146型絕緣子，具體參數(shù)見表3，避雷器具體參數(shù)見表4。

表3 絕緣子相關(guān)參數(shù)

表4 避雷器相關(guān)參數(shù)

2.2 線路測試數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

2.2.1 數(shù)據(jù)測量結(jié)果

現(xiàn)場實(shí)測采用的避雷器只有8基桿塔。表5為接地電阻值測試數(shù)據(jù)。

表5 接地電阻情況

通過大量現(xiàn)場實(shí)測，該條線路相關(guān)桿塔均配置2片絕緣子。

通過實(shí)地測試，總結(jié)出線路耐雷水平，仿真計(jì)算結(jié)果見表6。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

分析測試結(jié)果可得結(jié)論如下。

a） 該條線路接地電阻中，只有24號桿塔接地電阻有超標(biāo)現(xiàn)象，比較表5及表6中24支3號與25支1號桿塔接地電阻與耐雷水平可以得到，避雷器使用效果與接地電阻值密切相關(guān)。

b）應(yīng)用2片懸式絕緣子于10 kV線路會使得線路耐雷水平偏低。選用經(jīng)濟(jì)效益好的瓷橫擔(dān)型絕緣子作為橫擔(dān)和絕緣子，可以滿足油田配電網(wǎng)所需絕緣水平和耐雷水平，但也存在低機(jī)械強(qiáng)度，易損壞的缺點(diǎn)。

3 采油區(qū)10 kV熱采線防雷措施優(yōu)化

為了減少反擊的發(fā)生，需要提高耐雷水平?？梢圆捎靡韵麓胧涸鰪?qiáng)絕緣、安裝線路避雷器、架設(shè)避雷線等[1-2]。本文結(jié)合仿真結(jié)果，對10 kV熱采線提出方案來優(yōu)化解決實(shí)際耐雷水平薄弱的問題。

表6 桿塔耐雷水平

3.1 降低接地電阻優(yōu)化方案

如果接地電阻R增加，桿塔上方線路耐雷水平就會降低，當(dāng)發(fā)生雷擊事故后，雷擊跳閘率就會增大[3]。依據(jù)以上分析可以看出，接地電阻的大小對于線路耐雷水平及線路累計(jì)跳閘率是非常重要的。

雖然安裝避雷器理論上可以極大地提高線路耐雷水平，但是這是在其擁有理想的接地極的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，如果接地電阻偏大，則會使得避雷器的保護(hù)效果大打折扣，對此提出相應(yīng)優(yōu)化措施，見表7。

線路桿塔耐雷水平的優(yōu)化結(jié)果見表8。

表7 接地電阻優(yōu)化總結(jié)表

表8 耐雷水平變化表

3.2 增強(qiáng)絕緣及差絕緣優(yōu)化方案

增加線路絕緣子串片數(shù)，可以有效地加強(qiáng)線路絕緣[4]。在絕緣子片數(shù)增加的條件下，沖擊放電電壓增加，隨之而來的是耐雷水平的增加，此時雷電流在塔頂感應(yīng)出的高電壓大于絕緣子閃絡(luò)電壓的概率減小，線路耐雷水平提高。絕緣子片數(shù)對線路雷擊總跳閘率的影響明顯。

另外，差絕緣也是一種很實(shí)用的絕緣配置方式，用以提高線路耐雷水平[5]。防止雷擊事故的目的是為加強(qiáng)其絕緣能力，最高相下面的兩相線路統(tǒng)一進(jìn)行絕緣加強(qiáng)，發(fā)生雷擊事故后，桿塔最高相線路絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，其他兩相不閃絡(luò)，一定程度上也加強(qiáng)了線路耐雷水平。

表9為10 kV熱采線在保持原桿塔接地電阻時，增強(qiáng)絕緣后各桿塔的耐雷水平的變化情況。

表9 10 kV熱采線加強(qiáng)絕緣后耐雷水平變化表

由以上各表可知，在增強(qiáng)絕緣的措施后，10 kV熱采線的大部分桿塔對應(yīng)線路耐雷水平都提高了不少；但10 kV熱采線桿塔整體耐雷水平還是不高，因此考慮裝設(shè)線路避雷器來提高線路整體耐雷水平。

3.3 安裝避雷線優(yōu)化方案

由于相關(guān)規(guī)程對10 kV線路中對避雷線的要求沒有明確規(guī)定，且民用10 kV線路也不需要很高的耐雷水平，因此在該采油區(qū)中10 kV配電線路中基本沒有采用避雷線作為防雷手段的線路。其實(shí)避雷線用作10 kV配電線路的常規(guī)防雷手段在石油系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，而事實(shí)也證明架設(shè)避雷線是最基本和最有效的防雷措施。越高等級的配電線路，避雷線應(yīng)用的效果越顯著[6]，雖然該采油區(qū)電網(wǎng)電壓等級多為10 kV，但由于該采油區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雷擊事故頻繁，將避雷線作為防雷常規(guī)避雷手段也是可以進(jìn)行嘗試的。

表10為10 kV熱采線在增強(qiáng)絕緣后，前20基桿塔裝設(shè)避雷線后各桿塔的耐雷水平的變化情況。

表10 10 kV熱采線前20基桿塔裝設(shè)避雷線后耐雷水平變化表

由表10可知，在架設(shè)避雷線后，該條線路架設(shè)避雷線的桿塔耐雷水平都得到了顯著提高；而該條線路的其他桿塔耐雷水平整體還比較低，抵抗雷電沖擊的能力依然不強(qiáng)，裝設(shè)線路避雷器便是最終要采取的優(yōu)化措施。

3.4 配電線路防雷措施效果分析

結(jié)合上述優(yōu)化方案， 10 kV熱采線升級優(yōu)化防雷措施后的線路耐雷水平見表11。

表11 優(yōu)化防雷措施后該線路耐雷水平一覽表

可見，采用本文提出的防雷優(yōu)化措施后，整條線路的耐雷水平整體得以提高，證明提出的優(yōu)化措施是切實(shí)可行有效的。

4 結(jié)束語

對接地電阻過高的桿塔的接地極進(jìn)行降阻處理、對于易受雷擊桿塔進(jìn)行絕緣加強(qiáng)、對變電站出來的前20基桿塔裝設(shè)避雷線，采取上述防雷優(yōu)化措施后還有部分桿塔耐雷水平較低，在該桿塔三相絕緣子兩端并聯(lián)線路避雷器，優(yōu)化后線路耐雷水平普遍得到大幅提高。該優(yōu)化措施對于其他采油區(qū)內(nèi)10 kV線路防雷具有借鑒意義。