10kV架空配電線路防雷措施的研究
雷擊架空供電線路會對系統造成嚴重的影響,直擊雷一般會從供電系統的三個地方人侵:一是對絕緣導線進行雷擊,當雷電人侵后,導致絕緣導線發生斷線;二是對電桿、金屬器具進行雷擊,雷電人侵之后會導致電桿、金屬器具發生接地放電;三是對絕緣子進行雷擊,這時就會引起絕緣狀態不良的絕緣子發生閃絡。通過對大秦線湖東站區電力設備雷擊現象進行分析,結合現場實際情況,研究大秦線湖東站區“重雷”地區電力雷害整治措施,可提高大型站區負荷供電的安全保障能力。
1典型故障分析
1.1 典型故障分析2017年6月18日,因雷擊造成站饋八55#桿電桿上部水泥大面積剝落,鋼筋裸漏嚴重。見圖1。
2017年8月11日,因雷擊造成站饋八51#桿~53#桿間線路斷線。見圖2。
2017年8月31日,因雷擊造成站饋八23#桿中導線桿頂帽抱箍燒損脫落照片。見圖3。
1.2故障分析
為保證湖東站饋八10kV線路供電可靠性,于2016年將原架空線路由裸導線改為絕緣導線。但在2017年雷雨季節就發生了3起雷擊故障,絕緣導線故障率明顯高于裸導線。經分析,主要原因如下:
1.2.1絕緣線的結構所致
絕緣導線采用半導電屏蔽和交聯聚乙烯作為絕緣層,其中使用的半導體材料具有單向導電性能,在雷云對地放電的大氣過電壓中,很容易在絕緣導線的導體中產生感應過電壓,且很難沿絕緣導線表.皮釋放。
1.2.2絕緣導線遭受雷擊后的電磁機理特殊,造成雷擊斷線較多
為保證湖東站饋八10kV線路供電可靠性,于2016年將原架空線路由裸導線改為絕緣導線。但在2017年雷雨季節就發生了3起雷擊故障,絕緣導線故障率明顯高于裸導線。經分析,主要原因如下:
1.2.1絕緣線的結構所致
絕緣導線采用半導電屏蔽和交聯聚乙烯作為絕緣層,其中使用的半導體材料具有單向導電性能,在雷云對地放電的大氣過電壓中,很容易在絕緣導線的導體中產生感應過電壓,且很難沿絕緣導線表.皮釋放。
1.2.2絕緣導線遭受雷擊后的電磁機理特殊,造成雷擊斷線較多
架空裸線雷擊時,引起閃絡事故,是在工頻續流的電磁力作用下,電弧會沿著導線滑移,電弧滑動中釋放能量,且在工頻續流燒斷導線或損壞絕緣子之前,斷路器動作跳閘切斷電弧,而架空絕緣線的絕緣層阻礙電弧在其表面滑移,電荷集中在擊穿點放電,再加_上導線本身重量,在斷路器動作之前燒斷導線,所以絕緣導線的雷擊斷線故障明顯高于裸導線,既有的防雷措施無法滿足絕緣導線運行要求。
在電力設備運行中,當遇到雷擊受到雷擊電流的沖擊時,在電力設備的薄弱部分發生泄流,而既有接地電阻超過正常值,導致絕緣子發生閃絡現象的發生。
2.2站場地區雷電防護要求的差異性分析
在不同的站場地區,雷電和土壤參數也會不同,10kV電力線路具有線路長,跨度大的特點,在一條10kV電力線路上,一-般會有多種雷電及土壤參數,而不同參數的雷電危害程度也不--樣,所以雷電防護就需要進行針對性的設計。但在實際雷電防護設計中,卻沒有將這種差異性考慮進去,使得雷電防護的措施不夠完善,雷電的防護作用無法完全發揮出來。
3.3整治既有接地極。銹蝕嚴重的接地極因容易出現土壤接觸電阻高,而造成接地電阻不達標,所以應棄用新設。對凡接地電阻高于10Q的一-律做降阻處理,使用經過熱浸鍍鋅防腐處理的接地極。
3.4更換大爬距針式絕緣子。為進一步提高線路供電穩定性,采用更換大爬距針式絕緣子156個,原則根據防雷要求將既有P-15T針式絕緣子更換為P-20T型。
通過對湖東站饋八10kV架空電力線路進行防雷改造,提高了該區段線路的穩定性,確保了電壓質量,減少電壓波動,保障了湖東焊軌基地的正常工作進行,同時也提高了信號電源的可靠性。有力的保證了生產運輸秩序的正常進行。
4.2經濟效益分析
按照歷次故障恢復情況看,惡劣天氣條件下故障點排查耗時均在1小時左右,考慮恢復時間,延時一般達到120分鐘,按行車設備故障考核辦法中的故障延時計算,需考核年度故障延時總費用可達9.86萬元。同時,由于線路停電時焊軌基地無法正常生產,將會導致近200萬元的間接經濟損失。
2雷電防護缺陷分析
2.1沖擊接地電阻分析在電力設備運行中,當遇到雷擊受到雷擊電流的沖擊時,在電力設備的薄弱部分發生泄流,而既有接地電阻超過正常值,導致絕緣子發生閃絡現象的發生。
2.2站場地區雷電防護要求的差異性分析
在不同的站場地區,雷電和土壤參數也會不同,10kV電力線路具有線路長,跨度大的特點,在一條10kV電力線路上,一-般會有多種雷電及土壤參數,而不同參數的雷電危害程度也不--樣,所以雷電防護就需要進行針對性的設計。但在實際雷電防護設計中,卻沒有將這種差異性考慮進去,使得雷電防護的措施不夠完善,雷電的防護作用無法完全發揮出來。
3防范措施
針對大秦線大型站區雷擊故障問題,根據線路特點,針對性的制訂改造既有設備方案,以方便施工,投資小的原則,在湖東站饋八10kV 架空電力線路上采取了防雷補強措施。3.1 電桿頂部安裝避雷針6處,每隔10基電桿在電桿頂部安裝避雷針一組,其高度為1800mm,其重量、結構、電桿本身均可滿足安裝需求。接地引下線沿電桿安裝,接地電阻不大于100。此方案的優點是:該方案可有效降低雷擊造成的閃絡概率。不需要大范圍改造既有設備,方便施工,投資少。避雷針在10kV電桿上安裝見圖4。
3.2在5處耐張桿安裝防雷器15組。在線路全段5處耐張桿處安裝避雷器和接地裝置,同時避雷器選用帶有脫離器裝置的氧化鋅避雷器、上引線通過支持絕緣子與10kV線路連接,接地極采用石墨烯接地。
3.3整治既有接地極。銹蝕嚴重的接地極因容易出現土壤接觸電阻高,而造成接地電阻不達標,所以應棄用新設。對凡接地電阻高于10Q的一-律做降阻處理,使用經過熱浸鍍鋅防腐處理的接地極。
3.4更換大爬距針式絕緣子。為進一步提高線路供電穩定性,采用更換大爬距針式絕緣子156個,原則根據防雷要求將既有P-15T針式絕緣子更換為P-20T型。
4實施效果
針對湖東站饋八10kV架空電力線路既有防雷措施不足的實際情況,,按照絕緣導線運行特點補強防雷措施的改造方案,研究制定防范措施并實施,取得了顯著成效。為今后絕緣導線改造區段同步進行防雷改造提供了寶貴經驗,有效地補強了該區段的防雷能力,提高了該區段線路的穩定性。確保了供電質量,減少了電壓波動,保障了湖東站區一級負荷的安全穩定供電。同時,確保了湖東焊軌基地的正常生產工作秩序的開展,既避免了電力設備因雷擊故障對鐵路運輸秩序的影響,特別是減少了湖東焊軌基地停工或產品報廢的間接經濟損失。
通過對湖東站饋八10kV架空電力線路進行防雷改造,提高了該區段線路的穩定性,確保了電壓質量,減少電壓波動,保障了湖東焊軌基地的正常工作進行,同時也提高了信號電源的可靠性。有力的保證了生產運輸秩序的正常進行。
4.2經濟效益分析
按照歷次故障恢復情況看,惡劣天氣條件下故障點排查耗時均在1小時左右,考慮恢復時間,延時一般達到120分鐘,按行車設備故障考核辦法中的故障延時計算,需考核年度故障延時總費用可達9.86萬元。同時,由于線路停電時焊軌基地無法正常生產,將會導致近200萬元的間接經濟損失。
5結束語
由于大秦線地域跨度大,氣候變化差異大,各區段的雷電參數不一-樣,需要根據雷電的活動區域強弱進行不同區域的劃分,不同的區域應采用不同的防雷措施,同時還需要根據雷電參數和雷擊故障信息等對感應雷和直擊雷的防護措施進行確定,以此來建立起差異化的電力系統雷電防護體系。電力系統的安全性和可靠性關系到鐵路生產和運輸的正常開展,需要制定和完善相應的雷電防護體系,有效提高電力系統的雷電防護能力,從而確保鐵路運輸的安全和可靠運行。
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