10kV海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)研究

國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司溫州市洞頭區(qū)供電公司 向 魁 吳隆東 樂雪清 張 穎 杭州順熙科技有限公司 康子森

洞頭地處沿海并存在40%以上的山區(qū)半山區(qū)地域，很多地帶為多雷區(qū)、重雷區(qū)，進(jìn)入雷雨季節(jié)時(shí)，因雷電活動(dòng)頻繁造成10kV架空線路雷擊停電事故，架空線路遭雷擊跳閘、瓷瓶擊穿、斷線常有發(fā)生，尤其是架空絕緣導(dǎo)線被雷擊斷線的概率高、故障影響大、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，是配網(wǎng)運(yùn)行中較為頭痛的問題。

通過組織專業(yè)人員對(duì)防雷改造范圍內(nèi)線路狀況進(jìn)行仔細(xì)排查，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)線路所經(jīng)過區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察，并對(duì)有關(guān)電力設(shè)施的接地電阻等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)原線路上避雷器、真空開關(guān)等裝置設(shè)備型號(hào)進(jìn)行核實(shí)和確認(rèn)，收集當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)數(shù)據(jù)、線路運(yùn)行數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)第一手資料后，對(duì)近年海島雷擊故障的分布、頻率、類型、損害程度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)大氣雷電活動(dòng)情況進(jìn)行參考分析，得出一些較典型雷害特點(diǎn)、原因，制定不同的針對(duì)性的差異化措施加以改造，力求不同地形不同措施、不同故障特點(diǎn)不同措施[1]。

1 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)原則

我局基層線路班組對(duì)雷擊所導(dǎo)致的跳閘或斷線問題進(jìn)行匯總與統(tǒng)計(jì)分析，提取典型地形地貌特征、對(duì)事故種類與過程進(jìn)行分析，構(gòu)建了五種雷擊過壓類型、四種典型易受雷擊的地形地貌特征，并對(duì)常見的絕緣耐雷水平進(jìn)行仿真分析，設(shè)計(jì)出適應(yīng)海島區(qū)域配電絕緣子耐雷水平過電壓裝置。

仿真試驗(yàn)與實(shí)踐驗(yàn)證相結(jié)合的原則。先對(duì)線路耐雷水平進(jìn)行仿真試驗(yàn)，確定現(xiàn)有各類型絕緣子耐雷水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室仿真，設(shè)計(jì)出能滿足目前絕緣子保護(hù)要求的過電壓保護(hù)裝置；經(jīng)濟(jì)性與效果并重原則。海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置的研制要考慮現(xiàn)有設(shè)備的防雷效果、注重經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用價(jià)值。

1.2 設(shè)計(jì)原理

當(dāng)導(dǎo)線上的過電壓幅值超過圖1環(huán)針間隙動(dòng)作電壓時(shí)，環(huán)針間隙就會(huì)動(dòng)作，海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置的脈沖電容介質(zhì)容抗很低，將過電壓的波頭及陡度削平，降低了過電壓的瞬間沖擊能力及幅值，降低了此幅值過電壓就不會(huì)對(duì)絕緣子造成閃絡(luò)。鉗住了絕緣子的閃絡(luò)電位，絕緣子不會(huì)閃絡(luò)線路就不會(huì)跳閘。海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理其實(shí)也是高電壓技術(shù)中絕緣配合的原理，其保護(hù)裝置絕緣水平永遠(yuǎn)低于絕緣子耐雷水平。

圖1 海島型閃絡(luò)保護(hù)器內(nèi)置原理圖

圖2 海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置工作原理圖

海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置工作原理是依靠保護(hù)器里脈沖電容介質(zhì)來鉗住絕緣子的閃絡(luò)電位，也就是靠脈沖電容的高頻特性來“削波”鉗住絕緣的閃絡(luò)電位，保護(hù)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。比起避雷器最大的優(yōu)點(diǎn)是不需接地引下線和接地體，即使損壞也不會(huì)影響線路發(fā)生接地停電事故。因?yàn)樾滦秃u型閃絡(luò)保護(hù)裝置有環(huán)針空氣間隙與導(dǎo)線隔離，閃絡(luò)保護(hù)本體損壞后會(huì)自動(dòng)與導(dǎo)線分離，有隔離刀閘的明顯斷開點(diǎn)。

海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置是在線路傳統(tǒng)防雷設(shè)備各種弊端上開發(fā)的一種新型防雷裝置，其引流線與連接金具支架形成與絕緣子并聯(lián)關(guān)系，而過去氧化鋅避雷器在陡波、雷電波、操作波保護(hù)裕度技術(shù)參數(shù)很難達(dá)到一致，又因避雷器長(zhǎng)期掛網(wǎng)運(yùn)行期間存在工頻續(xù)流流入大地，很易引起老化自爆及線路接地故障，當(dāng)在線路大面積安裝避雷器時(shí)，若發(fā)生避雷器接地故障通常需花大量人力物力進(jìn)行幾小時(shí)乃至更長(zhǎng)時(shí)間查找故障[2]。

海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置是我局基層線路班組人員經(jīng)大量雷擊仿真試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)架空線路遭受雷擊的機(jī)理、架空裸導(dǎo)線或絕緣線路雷擊后斷線、線路故障跳閘分析而設(shè)計(jì)的。若架空線路無過電壓時(shí)雷擊閃絡(luò)保護(hù)上端球隙與導(dǎo)線就會(huì)進(jìn)行隔離，沒有工頻續(xù)流流過保護(hù)器本體，使保護(hù)器本體壽命長(zhǎng)，即使保護(hù)器本體損壞也不會(huì)引起線路接地故障，因球隙與線路有外絕緣隔離、平時(shí)不參與架空線路運(yùn)行。若架空線路的雷擊過電壓峰值達(dá)到球隙閾值電壓時(shí)，海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置內(nèi)的球隙開始放電，引起海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置本體迅速動(dòng)作，其保護(hù)裝置動(dòng)作后將會(huì)使架空線路過電壓鉗到絕緣子不閃絡(luò)的電壓區(qū)間范圍，此時(shí)新型海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置的放電線圈將迫使當(dāng)前雷電波頭電荷短路放電，當(dāng)架空線路過電壓消失后，海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置的外球間隙會(huì)恢復(fù)到原來狀態(tài)，此時(shí)配電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)正常運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 主要研究課題

海島10kV架空線路全線走廊雷電特性規(guī)律研究：基于雷電信息后臺(tái)監(jiān)管系統(tǒng)和計(jì)數(shù)器，以網(wǎng)格化的形式對(duì)10kV架空線路走廊路徑進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，提出可行性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；配電網(wǎng)綜合防雷措施分析及仿真理論計(jì)算研究：海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置的保護(hù)范圍理論研判，海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置保護(hù)范圍及效果的仿真研究[3]；海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置數(shù)據(jù)測(cè)試分析系統(tǒng)研究：通過雷電信息后臺(tái)監(jiān)管系統(tǒng)和計(jì)數(shù)器可監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)功能，收集分析近年海島區(qū)域雷擊故障的分布、頻率、類型、損害程度等規(guī)律，結(jié)合我局架空線路雷害特點(diǎn)制定不同針對(duì)性的差異化防雷方案；海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置性能參數(shù)研究；特殊并聯(lián)過電壓保護(hù)裝置研究。

2 關(guān)鍵技術(shù)

新型10kV海島型雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置采用獨(dú)特的純空氣放電間隙設(shè)計(jì)原理，其放電殘壓遠(yuǎn)小于絕緣的閃絡(luò)電壓；采用球間隙構(gòu)成的外絕緣隔離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保護(hù)裝置本體在沒有雷電流的情況下可不承受系統(tǒng)電壓，從而延長(zhǎng)保護(hù)裝置本體的使用壽命；采用環(huán)針間隙和球間隙放電復(fù)合設(shè)計(jì)，放電分算性能非常好，且放電間隙可根據(jù)架空線路及地理位置、海拔高度進(jìn)行絕緣配合調(diào)節(jié)；新型海島型保護(hù)裝置通過電容吸收及拉低雷電波頭，通過內(nèi)置放電線圈放電，閃絡(luò)保護(hù)裝置末端金具做好等電位連接，現(xiàn)場(chǎng)安裝可不做接地裝置和接地引下線；海島型保護(hù)裝置采用新型內(nèi)置設(shè)計(jì)原理，通過脈沖電容的高頻特性來“削波”鉗住絕緣的閃絡(luò)電位，保護(hù)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)[4]。

3 結(jié)語

10kV海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置上端球隙與導(dǎo)線進(jìn)行隔離，正常運(yùn)行時(shí)沒有泄漏電流流過保護(hù)器本體，使保護(hù)器本體壽命延長(zhǎng)；由于海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置內(nèi)球隙的隔離，架空線路因雷擊導(dǎo)致接地故障的概率極低，即便雷擊時(shí)架空線路過電壓峰值達(dá)到球隙閾值電壓時(shí)，海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置內(nèi)的球隙就會(huì)開始放電，閃絡(luò)保護(hù)裝置將會(huì)迅速動(dòng)作，海島型雷擊保護(hù)裝置本體的脈沖電容對(duì)此時(shí)雷電波頭進(jìn)行削波，降低雷電幅值，鉗住絕緣子的閃絡(luò)電位，當(dāng)架空線路過電壓消失后，海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置的外球間隙會(huì)恢復(fù)到原來狀態(tài)，系統(tǒng)呈現(xiàn)正常運(yùn)行狀態(tài)。因此新型海島型閃絡(luò)保護(hù)裝置可廣泛應(yīng)用于絕緣導(dǎo)線、裸導(dǎo)線上的防雷工作中。