采用帶間隙避雷器降低10 kV架空線路跳閘率的應用

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(1.四川瀘州川南發(fā)電有限責任公司，四川 瀘州 646007；2.華潤電力(云浮)有限公司，廣東 云浮 527322)

0 引 言

四川瀘州川南發(fā)電有限責任公司(以下簡稱瀘州電廠)江邊取水線路采用10 kV架空線路，雷雨季節(jié)期間經(jīng)常發(fā)生線路跳閘，影響機組正常運行。為解決該問題，在10 kV架空線路大修期間，將線路氧化鋅避雷器更換為帶間隙避雷器，改造后10 kV架空線路未發(fā)生雷擊和避雷器故障引起的線路跳閘事件，架空線路運行可靠性和機組安全性大大提高。

1 改造前線路跳閘情況

1)改造前線路狀況

瀘州電廠江邊取水10 kV線路全長3340 m，導線采用LGJ-120/20型鋼芯鋁絞線，雙回同桿架設，桿塔共22基，其中轉(zhuǎn)角耐張桿16基，直線桿6基。

耐張桿采用復合絕緣子，耐張復合絕緣子串采用單根絕緣子組合成串；直線桿采用復合針式絕緣子；跳線采用復合橫擔絕緣子，全線桿塔逐基接地，在終端塔和地勢較高處的桿塔裝設氧化鋅避雷器。

2)改造前線路跳閘情況統(tǒng)計

2010年至2013年，瀘州電廠江邊取水10 kV線路共發(fā)生線路跳閘22次，詳見表1。

表1 改造前線路跳閘統(tǒng)計

根據(jù)跳閘事件統(tǒng)計分析，歷次跳閘均發(fā)生在打雷過后，但未發(fā)生遭受直擊雷導致的線路故障；且多次線路永久接地故障均為氧化鋅避雷器損壞，需要將避雷器更換，線路絕緣合格后方可送電。

2 架空線路跳閘原因分析

據(jù)統(tǒng)計資料表明，雷擊跳閘事故是10 kV架空線路常見故障，約80%以上的故障是由于雷擊危害引起。而雷害事故中約20%是直擊雷，超過50%的直擊雷事故中雷電流大于20 kA；約80%是感應雷，超過95%的感應雷電流小于1 kA。運行經(jīng)驗表明，感應雷過電壓只對35 kV及以下的線路會造成雷害。

結合歷次跳閘事件檢查結果進行分析，瀘州電廠江邊取水架空線路跳閘原因主要是由于感應雷導致。根據(jù)線路故障性質(zhì)，分為永久性接地故障和非永久性接地故障，下面分別對兩種不同性質(zhì)故障跳閘原因進行分析。

1)非永久性接地故障跳閘原因分析

瀘州電廠多次發(fā)生雷暴天氣時10 kV江邊取水線路跳閘。待雷暴天氣過后，運行人員檢測線路絕緣滿足規(guī)程規(guī)定，對線路重新送電。以上故障為非永久性接地故障引起的線路跳閘。

根據(jù)感應雷導致線路跳閘原因分析，雷擊大地時，在導線上產(chǎn)生的感應雷過電壓能達到500 kV以上，遠遠超過了絕緣子雷電沖擊電壓耐受值，在絕緣子上發(fā)生閃絡導致線路跳閘[1]。根據(jù)氧化鋅避雷器原理，避雷器能夠泄放雷電流并且及時關斷工頻續(xù)流，是降低線路雷擊跳閘率的有效手段。但是安裝避雷器后，雷擊閃絡會發(fā)生在未裝設避雷器的桿塔處。如果全線安裝線路避雷器能夠?qū)?0 kV配電線路防雷起到良好的效果。[2]

瀘州電廠10 kV江邊取水線路并未全線裝設避雷器，僅在終端塔和部分地勢較高的桿塔裝設避雷器。在未裝設避雷器的桿塔，可能發(fā)生感應雷引起的線路跳閘。

根據(jù)以上分析，非永久性接地故障引起的線路跳閘主要是由于感應雷過電壓導致，通常發(fā)生在未安裝避雷器的桿塔處。

2)永久性接地故障跳閘原因分析

雷暴天氣時線路跳閘，待雷暴天氣過后，運行人員檢測線路絕緣為0，需要將故障處理后，線路絕緣才測試合格。以上故障為永久性接地故障引起的線路跳閘。

每次永久性接地故障發(fā)生后，檢修人員對線路進行巡視，檢查發(fā)現(xiàn)故障點均為氧化鋅避雷器損壞，需要將損壞的避雷器更換，處理過程和時間較長。

氧化鋅避雷器損壞的原因主要是由于沒有串聯(lián)間隙，長期承受系統(tǒng)各種電壓、電流。電流中的有功分量造成閥片發(fā)熱，引起伏安特性變化，長期作用的結果會導致閥片老化，甚至熱擊穿。并且，氧化鋅避雷器受到?jīng)_擊電壓的作用，閥片也會在沖擊電壓能量的作用下發(fā)生老化。一旦氧化鋅避雷器意外損壞擊穿，將會造成系統(tǒng)接地，成為永久性接地故障。

根據(jù)以上分析，永久性接地故障主要是由于避雷器故障導致，發(fā)生在安裝避雷器的桿塔處。

3 10 kV線路防雷方案對比

目前降低雷擊跳閘率主要采取全線安裝線路避雷器、采用瓷橫擔絕緣子、架設避雷線、降低接地電阻和安裝帶間隙避雷器等措施[3]。幾種防雷措施技術經(jīng)濟對比詳見表2。

表2 防雷措施技術經(jīng)濟對比

考慮到現(xiàn)場實施難度和使用效果，經(jīng)過綜合比較，瀘州電廠采取了全線安裝帶間隙避雷器的治理方案。

4 帶間隙避雷器改造實施方案

4.1 帶間隙避雷器原理

10 kV線路帶間隙避雷器示意見圖1。

圖1 10 kV線路帶間隙避雷器

從圖1可以看出，帶間隙避雷器主要由引弧金具、氧化鋅避雷器本體以及支撐橫擔構成。其電路原理如圖2所示。

注：R1—絕緣導線電阻；C—串聯(lián)空氣間隙； R2—絕緣子電阻；R3—桿塔對地電阻；MOA—帶間隙避雷器圖2 10 kV線路帶間隙避雷器原理

帶間隙避雷器能夠有效防止絕緣子閃絡：當感應過電壓作用于導線上時，由于帶間隙避雷器加串聯(lián)空氣間隙的擊穿電壓遠低于絕緣子的U50%，過電壓擊穿與導線的串聯(lián)空隙間隙使避雷器本體動作，鉗住絕緣子兩端的電位差，使其低于絕緣子的U50%，從而能夠防止絕緣子發(fā)生閃絡。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司重點實驗室(武漢大學高電壓實驗室)進行的10 kV線路帶間隙避雷器動作特性試驗結果，10 kV線路帶間隙避雷器能夠有效動作，R3阻值的增加不影響帶間隙避雷器動作的可靠性[4]。10 kV帶間隙避雷器采用自然接地，不需另設地網(wǎng)，主要利用混凝土電阻率隨水飽和度增加呈降低趨勢，當水飽和度達50%以上時呈指數(shù)函數(shù)降低[5]，在雷雨天氣下，桿塔對地電阻R3下降較大。

由于在導線與引弧金具之間形成串聯(lián)空氣間隙，避雷器平時不受工頻電壓、操作過電壓等的作用，減少避雷器的老化，從而增加氧化鋅避雷器的運行壽命。

4.2 架空線路防雷改造實施方案

2013年秋季，瀘州電廠結合10 kV架空線路大修，實施了線路防雷改造，利用桿塔自然接地，將已有的氧化鋅避雷器更換為帶間隙避雷器，未安裝避雷器的桿塔加裝帶間隙避雷器，共安裝44組，132只。

線路加裝帶間隙避雷器如圖3所示。

圖3 10 kV線路加裝帶間隙避雷器

4.3 改造后效果分析

改造后的2014年至2017年，江邊取水10 kV線路僅2015年發(fā)生1次線路跳閘，且原因是由于線路下方竹木長高，安全距離不夠引起的線路對地放電，說明進行線路防雷改造后，該線路未發(fā)生感應雷和避雷器故障引起的線路跳閘事件，大幅降低線路跳閘概率。

5 結 語

10 kV江邊取水架空線路全線裝設帶間隙避雷器后，有效減少了感應雷和氧化鋅避雷器故障引起的線路跳閘，架空線路運行可靠性和機組安全性大大提高。