10kV 及以下配電網(wǎng)裝置的防雷接地研究

高志強(qiáng)

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司)

0 引言

隨著人類社會的進(jìn)步, 社會與電力的聯(lián)系更加緊密, 人們對供電的可靠性要求越來越高, 電力電氣設(shè)備的可靠性逐步增加, 電網(wǎng)運(yùn)行過程中的操作失誤也呈減少的趨勢, 因此由雷擊引起的電網(wǎng)故障次數(shù)和危害性超過操作過電壓, 成為影響電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的主要原因之一。在自然條件惡劣的地區(qū), 受雷電活動(dòng)的強(qiáng)烈的地形等影響因素, 雷擊輸電線路引起的事故率更高。由于架空線路是直接暴露于環(huán)境中, 其所經(jīng)地形也復(fù)雜多樣, 加之輸電線路一般距離較遠(yuǎn), 因此極易受到外界的影響和損害。雷電直擊架空線路或者雷擊桿塔和架空線附近大地時(shí), 都會在輸電線中產(chǎn)生很高的過電壓, 從而引起線路開關(guān)跳閘, 更有甚者,過電壓將導(dǎo)致線路電氣設(shè)備原件的損壞, 致使供電中斷甚至系統(tǒng)瓦解等惡性停電事故。對于高壓輸電線路, 尤其是110kV 及以上的高壓架空輸電線路, 由于線路絕緣水平相對較高, 雷擊線路附近時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)雷過電壓對線路正常運(yùn)行的影響并不大; 對于中低壓輸電線路, 尤其是10kV 配電網(wǎng)線路, 由于絕緣水平較低, 受雷電感應(yīng)過電壓的影響較大。雷擊事故嚴(yán)重影響了供電可靠性, 而由感應(yīng)雷引起的跳閘事故的已經(jīng)成為危害10kV 配電網(wǎng)輸電線路的主要原因。

1 雷電的危害

1.1 雷擊中導(dǎo)線

在雷擊線路時(shí), 雷電會通過導(dǎo)線對電氣設(shè)備造成破壞, 因此必須要做好防雷工作。根據(jù)《電力安全工作規(guī)程》可知, 輸電線路遭受雷擊的概率大約為10%。在實(shí)際工作中, 雷擊主要分為直擊雷和感應(yīng)雷。其中直擊雷的危害較小, 而感應(yīng)雷則會導(dǎo)致配電網(wǎng)裝置跳閘、停電等現(xiàn)象。根據(jù)《電力安全工作規(guī)程》可知, 對于10kV 及以下配電網(wǎng)裝置, 當(dāng)直擊雷發(fā)生時(shí), 雷擊線路會在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置的中性點(diǎn)處產(chǎn)生過電壓, 并且會造成10kV 及以下配電網(wǎng)裝置內(nèi)部絕緣體擊穿。由于在雷擊中導(dǎo)線的同時(shí)也會將雷電中所產(chǎn)生的能量傳遞給配電變壓器和低壓斷路器, 所以當(dāng)配電變壓器和低壓斷路器受到雷擊時(shí), 會導(dǎo)致其故障跳閘、停電等現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)可知, 10kV 及以下配電網(wǎng)裝置遭受雷擊時(shí), 由于雷電能量較小、反擊電壓較高, 因此可能只會對配電變壓器或低壓斷路器造成破壞。對于10kV 及以下配電網(wǎng)裝置而言, 當(dāng)遭受雷擊時(shí)并不會導(dǎo)致整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的故障跳閘、停電等現(xiàn)象。然而如果雷電擊中導(dǎo)線時(shí),會造成其感應(yīng)過電壓與反擊電壓。在這一過程中會對線路絕緣體造成破壞, 從而導(dǎo)致10kV 及以下配電網(wǎng)裝置內(nèi)部設(shè)備跳閘、停電等現(xiàn)象。

1.2 避雷器

避雷器是10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的一種電氣設(shè)備, 主要作用是防止雷電過電壓對10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的電氣設(shè)備造成破壞。避雷器是由金屬氧化物避雷器與空氣間隙組成, 其主要作用就是為了防止10kV 及以下配電網(wǎng)裝置內(nèi)部電壓過高而出現(xiàn)閃絡(luò)。在避雷器的工作過程中, 其主要由引弧棒、氧化鋅避雷器以及絕緣子組成。其中引弧棒與氧化鋅避雷器主要由金屬氧化物組成, 而引弧棒則是由金屬氧化物構(gòu)成。在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中, 一般會采用絕緣子串將引弧棒與氧化鋅避雷器與10kV 配電變壓器連接起來, 從而保證10kV 及以下配電網(wǎng)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而在避雷器中, 一般會采用氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器耐壓值在250kV 左右, 而氧化鋅避雷器的額定電壓則在600kV 左右。在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中, 一般會采用真空斷路器進(jìn)行保護(hù), 從而防止出現(xiàn)10kV 及以下配電網(wǎng)裝置內(nèi)部電氣設(shè)備遭到破壞。避雷器能夠有效的降低10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的雷擊跳閘次數(shù), 從而減少雷擊造成的損失。而一旦配電變壓器受到雷擊破壞時(shí), 會導(dǎo)致整個(gè)10kV 及以下配電網(wǎng)裝置受到損壞。

1.3 低壓斷路器

在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中, 低壓斷路器的使用最為廣泛, 其能夠有效避免雷擊、操作失誤等現(xiàn)象, 對10kV 及以下配電網(wǎng)裝置的安全運(yùn)行起到了重要作用。10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的低壓斷路器主要有以下幾種類型: 首先是滅弧型斷路器, 這種斷路器具有較高的滅弧能力, 因此能夠在很大程度上降低雷擊對10kV 及以下配電網(wǎng)裝置的破壞, 并且在長時(shí)間運(yùn)行后可以自行恢復(fù)正常。其次是限壓型斷路器,這種斷路器具有較強(qiáng)的限壓能力, 能夠有效避免因操作失誤而導(dǎo)致線路跳閘現(xiàn)象。最后是隔離型斷路器,這種斷路器具有很強(qiáng)的隔離能力, 能夠在很大程度上避免雷擊對10kV 及以下配電網(wǎng)裝置的破壞。低壓斷路器在防雷接地方面所起到的作用非常大, 因此必須要對低壓斷路器進(jìn)行合理選擇和安裝, 從而避免雷擊對10kV 及以下配電網(wǎng)裝置造成破壞。

2 防雷接地技術(shù)

配電網(wǎng)防雷接地技術(shù), 是指在配電網(wǎng)線路和設(shè)備中設(shè)置避雷針、避雷線、避雷器等防雷裝置, 使配電網(wǎng)線路和設(shè)備不受雷電過電壓的損害。在這一背景下, 在進(jìn)行配電網(wǎng)防雷接地工作時(shí), 必須要考慮到雷電對配電網(wǎng)的影響和危害, 盡可能降低雷電對配電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生的影響。然而, 如果雷電活動(dòng)過于頻繁, 其危害是巨大的。在這一背景下, 配電網(wǎng)運(yùn)行必須要做好防雷接地工作, 以降低雷擊對配電網(wǎng)造成的影響和危害。而為了做好配電網(wǎng)防雷接地工作, 可以根據(jù)不同的區(qū)域選擇不同的防雷技術(shù)。在這種情況下必須要做好避雷針和避雷線的設(shè)置工作。通常而言,避雷針和避雷線主要是對雷電活動(dòng)進(jìn)行屏蔽。而在進(jìn)行10kV 及以下配電網(wǎng)裝置防雷接地工作時(shí), 其主要是采用接地技術(shù)和防雷技術(shù)相結(jié)合的方式來開展。在實(shí)際操作中, 必須要綜合考慮到配電網(wǎng)線路和設(shè)備所處位置等實(shí)際情況來進(jìn)行防雷接地技術(shù)的選擇。在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置線路上安裝避雷器和避雷針。這種方式主要是在配電變壓器等設(shè)備上安裝避雷器和避雷針。這種方式主要是在配電變壓器等設(shè)備上設(shè)置接地裝置, 以降低雷電對配電變壓器等設(shè)備所產(chǎn)生的影響。將10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的配變與線路的低壓側(cè)連接起來, 使低壓側(cè)產(chǎn)生接地網(wǎng)絡(luò)。

圖1 10kV 配電網(wǎng)新型地電位帶電快速搭接引線裝置搭接火線夾

3 避雷器的安裝

3.1 避雷器的保護(hù)范圍

避雷器是一種用于保護(hù)10kV 及以下配電線路的裝置, 其主要作用是防止雷電侵入配電線路中, 進(jìn)而保證配電線路正常工作。避雷器的保護(hù)范圍主要包括以下幾個(gè)方面: 第一, 避雷器的安裝位置必須確保其位于配電線路的中間位置, 以此來避免雷電沿著配電線路侵入到配電線路中, 進(jìn)而保證配電線路安全; 第二, 避雷器的保護(hù)范圍還必須確保其位于配電線路的下方位置, 以此來避免避雷器受到雷擊影響; 第三,在避雷器的安裝過程中, 還必須確保避雷器與其他設(shè)備之間沒有任何接觸, 以免對設(shè)備造成損害。為了確保避雷器能達(dá)到最好的保護(hù)效果, 必須嚴(yán)格按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行操作: 首先, 在安裝避雷器前必須確保其處于正常狀態(tài)。其次, 在避雷器安裝前還必須確保配電線路周圍環(huán)境穩(wěn)定。此外, 還需要對配電線路附近是否存在其它物體進(jìn)行檢查。最后, 在安裝避雷器后還應(yīng)對其進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平不斷提高和科學(xué)技術(shù)水平不斷提升, 我國配電網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量也得到了有效提升。但需要注意的是, 配電網(wǎng)設(shè)備依然存在一定缺陷和不足之處。其中比較常見的缺陷和不足有以下幾個(gè)方面: 第一, 配電網(wǎng)設(shè)備本身存在問題。由于配電網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量較差或運(yùn)行環(huán)境較差等原因的影響, 會導(dǎo)致其存在一定缺陷和不足之處。第二, 配電線路發(fā)生故障或出現(xiàn)異常狀況時(shí)不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)此類問題時(shí)往往已經(jīng)造成較為嚴(yán)重的損失。第三, 配電網(wǎng)設(shè)備安裝存在缺陷。由于配電線路運(yùn)行環(huán)境比較惡劣或者安裝位置不合理等因素影響,會導(dǎo)致配電線路無法正常工作或出現(xiàn)異常狀況時(shí)不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)等問題。對此必須加強(qiáng)對配電網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量的管理和維護(hù)工作。

3.2 避雷器安裝位置與避雷器安裝高度

在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中, 避雷器安裝位置主要是根據(jù)其安裝高度而定。按照我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的避雷器安裝高度在2.2m到4.3m 之間, 主要是為了保證避雷器的有效運(yùn)行。此外, 根據(jù)我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 避雷器安裝高度還需要滿足以下幾點(diǎn)要求: 第一, 當(dāng)避雷器與配電網(wǎng)之間的距離在50m 以內(nèi)時(shí), 避雷器要保證與配電網(wǎng)平行; 第二, 當(dāng)避雷器與配電網(wǎng)之間的距離在50m 到100m 之間時(shí), 避雷器要與配電網(wǎng)垂直; 第三, 當(dāng)避雷器與配電網(wǎng)之間的距離在100m 到200m 之間時(shí), 避雷器要與配電網(wǎng)平行; 第四, 當(dāng)避雷器與配電線路垂直時(shí),其安裝高度要根據(jù)配電線路的實(shí)際情況而定。此外,根據(jù)我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 在配電線路上安裝的避雷器必須保證其能夠承受雷電流沖擊。目前, 在我國10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的避雷器布點(diǎn)主要是采用三種形式: 第一種形式是三個(gè)或三個(gè)以上的避雷器并列安裝; 第二種形式是單個(gè)或者是多個(gè)避雷器單獨(dú)安裝;第三種形式是單個(gè)或多個(gè)避雷器單獨(dú)安裝。其中前兩種安裝方式的防雷效果相對較好。在我國10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的單相接地故障通常屬于相間短路故障, 而相間短路故障往往會引起兩相甚至是三相電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。如果雷電直接擊中10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的任一相導(dǎo)線或者是在單相接地故障中形成過電壓時(shí), 都會造成相間短路故障。因此, 為了避免線路跳閘情況出現(xiàn), 應(yīng)該將10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中的單相接地故障定位為相間短路。

圖2 10kV 配電網(wǎng)新型地電位帶電快速搭接火線夾結(jié)構(gòu)

3.3 避雷器接地方式

在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中, 避雷器接地方式主要有兩種, 分別是集中接地方式和分散接地方式。在這兩種接地方式下, 避雷器都會發(fā)揮出自身的作用, 但是對于接地電阻的要求也有所不同。集中接地方式要求避雷器與配電線路之間的距離保持在10m左右, 同時(shí)避雷器與配電線路之間要有3m 以上的距離。此外, 為了避免雷擊事故的出現(xiàn), 在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中還需要安裝避雷器保護(hù)器, 以使其能夠順利進(jìn)入保護(hù)范圍。同時(shí), 為了使避雷器與配電線路之間的距離達(dá)到要求, 還需要對配電網(wǎng)進(jìn)行改造。需要注意的是, 在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中應(yīng)用分散接地方式時(shí), 由于接地網(wǎng)面積較大, 因此需要選擇合理的接地裝置來連接避雷器和配電線路。此外, 為了使10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中避雷器接地電阻符合相關(guān)要求, 還需要對避雷器的接地電阻進(jìn)行檢測。如果需要安裝多個(gè)避雷器或配電線路時(shí), 可以選擇架空避雷線來連接每個(gè)避雷器或配電線路。此外, 為了確保避雷器能夠正常發(fā)揮作用, 還需要對其進(jìn)行定期檢測。

4 接地電阻的選擇

接地電阻是10kV 及以下配電網(wǎng)裝置防雷接地工作中的一個(gè)重要參數(shù), 在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中, 接地電阻的選擇直接影響著10kV 及以下配電網(wǎng)裝置防雷接地效果, 因此必須要嚴(yán)格按照《架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定來選取接地電阻。在接地電阻選擇過程中, 應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境和實(shí)際情況來合理選取。對于10kV 及以下配電網(wǎng)裝置而言, 其防雷保護(hù)措施通常分為兩種類型, 一種為避雷線, 一種為接地網(wǎng)。在10kV 及以下配電網(wǎng)裝置中, 當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí), 避雷線主要起到對雷電流進(jìn)行分流的作用, 其對雷擊跳閘率的影響并不是很大。而對于接地網(wǎng)而言, 其主要用于將雷電流引入到大地中。通過接地網(wǎng)進(jìn)行接地時(shí),雷電流可以迅速釋放到大地中去。在實(shí)際情況中, 接地電阻主要受到土壤電阻率的影響, 如果土壤電阻率較低, 那么接地網(wǎng)的接地電阻也會較小; 相反, 如果土壤電阻率較高, 那么接地電阻就會很大。對于10kV 及以下配電網(wǎng)裝置而言, 其通常采用的是TN-S接線方式。在這一接線方式下, 避雷線與接地網(wǎng)之間通過耦合連接的方式進(jìn)行連接。其中避雷線主要起到對雷電流進(jìn)行分流的作用, 而接地網(wǎng)主要起到對雷電流進(jìn)行分流的作用。如果土壤電阻率較高, 那么接地網(wǎng)中的電流也會相對較大。因此在接地電阻選擇過程中, 應(yīng)當(dāng)綜合考慮土壤電阻率以及接地網(wǎng)接點(diǎn)情況等因素來合理選取接地電阻值。

5 結(jié)束語

綜上所述, 為了確保我國電力能源能夠穩(wěn)定供應(yīng), 就必須要加強(qiáng)對10kV 及以下配電網(wǎng)裝置防雷接地工作的重視, 這也是促進(jìn)我國電力能源可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。在具體工作開展過程中, 相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況, 根據(jù)10kV 及以下配電網(wǎng)裝置防雷接地中存在的問題進(jìn)行分析, 并根據(jù)問題提出相應(yīng)解決措施, 從而確保10kV 及以下配電網(wǎng)裝置防雷接地工作質(zhì)量, 為我國電力能源穩(wěn)定供應(yīng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。