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  • 頭條10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法
    2021-12-10 作者:何平 胡超強  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語作者分析了陽江供電局10kV絕緣架空導(dǎo)線的配電線路近幾年受雷擊斷線的統(tǒng)計,結(jié)合運行經(jīng)驗分析其雷擊斷線的原因和以前的防雷措施不到位的原因,提出一種從系統(tǒng)上解決10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的技術(shù)方案。

    通過分析近幾年來的運行情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)10kV絕緣導(dǎo)線發(fā)生雷擊斷線和絕緣子擊穿事故呈急劇上升趨勢。雖然部分線路采取了防雷措施(安裝了穿刺式防弧金具產(chǎn)品),但效果也不明顯。究其原因主要有:

    1)在雷電多發(fā)地的放電的感應(yīng)過電壓中,絕緣導(dǎo)線的金屬導(dǎo)體上很快就會產(chǎn)生過電壓,之后必將在絕緣層的最薄弱點以針尖式擊穿,擊穿點也叫電弧點,由于擊穿點的通道為針尖式,所以其電阻會相當(dāng)大和產(chǎn)生大量熱量、且不好散熱,如絕緣層達(dá)到熔點后甚至起助燃的作用,所以絕緣導(dǎo)線更易斷線。

    2)在雷電擊電壓的作用下被雷電弧擊穿的導(dǎo)體會與絕緣子下面的金屬橫擔(dān)形成閃路,之后成為短路通道并在10KV線路恒流源的作用下形成工頻續(xù)流直至把導(dǎo)線熔燒斷或跳閘為止。

    1 10kV架空絕緣導(dǎo)線受雷擊斷線在我局現(xiàn)狀

    1.1陽江市地理位置與易受雷擊關(guān)系

    根據(jù)陽江氣象局對近年來的統(tǒng)計資料顯示:陽江市全年的雷雨天數(shù)為65天,這與其所處的地理位置有著密切的關(guān)系,陽江市地處熱帶沿海地區(qū),是雷云最易形成的地區(qū),所以我局的雷雨天數(shù)量相當(dāng)多的,所以雷擊斷線在我局是常有發(fā)生的,這嚴(yán)重影響到了我局配網(wǎng)的安全運行。

    1.2 我局近年10kV架空絕緣導(dǎo)線遭受雷擊之害情況嚴(yán)重

    10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法

    圖1 雷擊斷線的實物圖

    近兩年來我局的配網(wǎng)10kV架空絕緣導(dǎo)線由于雷擊而跳閘的事故很嚴(yán)重,雷擊斷線的事故也相當(dāng)嚴(yán)重,雖然斷線的機率比跳閘的低,但是其破壞性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于跳閘的。所以解決我局10KV配網(wǎng)線路的這一致命弱點刻不容緩。

    2012年 5 月 7 日 3時左右、在陽江市第二中學(xué)門口附近雷擊斷線,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查為10kV架空絕緣導(dǎo)線在穿刺式防雷線夾處三相線全部斷線掉落在地面上并燒成3個黑洞。幸好當(dāng)時是下半夜沒有造成人員傷亡。但事后維修這條線路也花費了很多人力物力,所造成的停電,也給用戶帶來了影響。

    一條線路10kV的配電線路,負(fù)荷一般在4000~5000kV左右,如果按線路平均修復(fù)時間為5h,絕緣線路的雷擊故障率在2.43次/百公里每年,以一檔桿絕緣線路按照50M計算,每條次線路斷線需搶修故障的人力、材料費用約15萬元。采用以下這種系統(tǒng)防雷措施后、至少可以減少80%的雷擊斷線故障、每年可增供電量14.6萬kW·h、陽江全市每年可減少直接經(jīng)濟(jì)損失128萬元。

    2 10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線、跳閘流程原理剖析

    在感應(yīng)雷過電壓作用下:①絕緣層表層電荷與導(dǎo)體內(nèi)的相反電荷首先形成過電壓;②在絕緣層最薄弱點處且在橫擔(dān)金屬等附近處以針孔式擊穿并形成短路通道;③在10kV恒流源作用下形成工頻續(xù)流繼續(xù)閃絡(luò)放電;④跳閘或斷線;⑤開路并斷流。

    從以上流程不難分析出,要防止雷擊斷線就必須快速切斷工頻續(xù)流。并得出以下結(jié)論:

    1)絕緣層的電弧擊穿點都是發(fā)生在絕緣子底下金屬或橫擔(dān)附近的絕緣層最薄弱點。這是雷電過電壓下的正負(fù)電荷中和所致。

    2)電弧擊穿后的導(dǎo)體在雷電過電壓作用下與其最近金屬體(絕緣子下的金屬或橫擔(dān))形成短路通道。

    3)在10kV高壓恒流源作用下,在短路通道中形成工頻續(xù)流,直至把導(dǎo)線熔斷和跳閘。

    4)如果工頻續(xù)流的時間越長、則導(dǎo)線被熔斷的機會越大。所以 必須要在未熔斷線的前提下利用線路的斷路保護(hù)器跳閘的原理來切斷恒流源使其切斷工頻續(xù)流而保護(hù)導(dǎo)體。

    3 防雷擊斷線措施方法

    綜上所述,要使10kV絕緣導(dǎo)線雷擊后不斷線必須要解決如下問題:

    1)絕緣層表面的電荷必須在沒達(dá)到過電壓時就與導(dǎo)體內(nèi)的相反電荷中和、且中和的接觸面要足夠大(最好是大于導(dǎo)體截面),這樣才能像裸導(dǎo)體一樣具有散熱或中和快等優(yōu)點。

    2)為了避免導(dǎo)體在沒跳閘就被工頻續(xù)流燒熔掉,工頻續(xù)流的燃燒點不能在導(dǎo)體處,而是引導(dǎo)到一個設(shè)定好的點進(jìn)行燃燒,且不能靠近絕緣子,以免燒壞其傘裙,且燃燒點材料熔點必須足夠高(不小于1000℃)。

    3)免維護(hù)或很易維護(hù)、性價比高。

    4)不能損傷導(dǎo)體、更不能讓線芯進(jìn)水、汽等使導(dǎo)線內(nèi)部的線芯受腐蝕。不降低絕緣導(dǎo)線的使用壽命。

    5)安裝方便。

    為了縮短工頻續(xù)流的時間,要求接地電阻必須要小于10Ω。

    10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法

    圖2 系統(tǒng)防雷圖

    單純依靠某項保護(hù)措施是難以解決絕緣架空導(dǎo)線的防雷問題的,必須采取系統(tǒng)的綜合防雷措施才能真正有效的防止雷擊斷線事故的發(fā)生。

    雖然現(xiàn)已有一些相關(guān)單項方法或產(chǎn)品想來解決雷擊斷線問題,如:①架設(shè)架空避雷線;②安裝氧化鋅避雷器;③安裝線路過電壓保護(hù)器;④加大局部絕緣層的厚度;⑤穿刺式防雷金具等。由于各種方法的側(cè)重點和措施的不同,所以它們就會出現(xiàn)不同的優(yōu)缺點,但都沒能真正從整個系統(tǒng)考慮方案的最優(yōu)化。所以,單個技術(shù)是不能有效地解決雷擊斷線問題的,必須考慮用一個系統(tǒng)的整體方法才能有效的解決雷擊斷線的危害。

    以下為我局根據(jù)多年的維護(hù)運行經(jīng)驗并結(jié)合具有電線電纜和金具資深專業(yè)基礎(chǔ)的廠家(番禺電纜集團(tuán))、等共同研發(fā)出來的防雷斷線系統(tǒng)。

    如圖2所示,該系統(tǒng)由護(hù)纜導(dǎo)電帶、一夾通防弧金具、絕緣護(hù)罩、消弧棒、絕緣接地線、接地棒(銅包鋼)等組成。其中各部分的功能和作用分別為:

    1)護(hù)纜導(dǎo)電帶。功能:具防水、汽進(jìn)入導(dǎo)體線芯,具導(dǎo)電性能好、接觸面大、耐高溫和安裝方便。穿刺式防雷金具的最大缺點是由于穿刺部分不到位而導(dǎo)致導(dǎo)線線芯與穿刺部位間形成放電間隙而產(chǎn)生雷電弧。所以絕對不可用穿刺式方式,必須要采用剝開絕緣層的方式,使其明確接觸面足夠大和散熱導(dǎo)電良好等。但是絕緣層剝開后必須要做好防水、防汽等措施以保護(hù)該導(dǎo)線免受腐蝕。這一點也是目前非穿刺式防弧金具所沒有做到的。

    2)一夾通引弧金具。組成部分:中和球、自鎖式通用線夾、接地環(huán)、引弧球。功能:①具有自鎖、導(dǎo)電能力強、接觸穩(wěn)固、通用性強功能(適用50~300 m2平方導(dǎo)線);②中和球具有防氧化、正負(fù)電荷中和能力強功能;③具有接地功能,是架空絕緣導(dǎo)線檢修施工時驗電及臨時接地裝置;④引弧球采用耐高溫的高熔點金屬,能耐多次雷擊電弧的燃燒,具有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力。

    3)絕緣保護(hù)罩。采用10kV XLPE 架空交聯(lián)料,具良好的絕緣性、耐老化性,防水、汽性。

    4)消弧棒。由消弧球和引流板組成,采用具有耐高溫、耐腐蝕和導(dǎo)電性能好的材料做成。

    5)架空絕緣接地線。采用JKLGYJ-10-70絕緣導(dǎo)線作為接地線,兩端接鋁端子,具接地電阻低,抗拉力強 ,防人觸電桿電擊、耐用防銹,安裝方便、成本低等優(yōu)點。

    6)接地棒。采用分節(jié)式的銅包鋼接地棒鉆進(jìn)行與地連接。銅包鋼接地棒具:①防腐蝕性能好,使用壽命長;②低電阻性能;③過流能力強;④張力大強度高;⑤深鉆時不會脫落或皺裂。銅包鋼接地棒的尺寸要求:長度大于1.5m,直徑大于1.5cm,銅層厚度大于 0.25mm。在不同接地電阻下,雷擊10kV架空絕緣導(dǎo)線或桿塔時,線路的耐雷水平和跳閘率關(guān)系見表1。

    10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法

    表1

    為了降低接地電阻、必要時在接地時要加入降阻劑。

    4 規(guī)格和性能參數(shù)

    系統(tǒng)防雷擊斷線裝置的規(guī)格和性能參數(shù)見下表2。

    10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法

    表2

    5 安裝方法

    1)先安裝引線棒、引弧線夾

    (1)引線棒一端安裝在絕緣子底下和橫擔(dān)接口處,在架空導(dǎo)線的正下方;確定引弧金具在絕緣導(dǎo)線上的安裝位置:其安裝位置與絕緣子型號、電壓等級、消弧棒距離或與金屬體的凈空距離等綜合決定的。引弧球與消弧球間的放電距離參考表3。

    10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法

    表3

    (2)根據(jù)10KV架空絕緣配電線路設(shè)計規(guī)程GB50061-1997的規(guī)定:10kV絕緣導(dǎo)線與拉線、電桿或構(gòu)架間凈空距離不應(yīng)小于0.2m。

    (3)安裝引弧金具:①用專業(yè)剝皮刀在架空導(dǎo)線負(fù)荷側(cè)約500~1000mm處(只要是確保引弧球與消弧球或其他金屬等的凈空距離在125~200mm范圍內(nèi)。)把絕緣層剝開約65~85mm;②同時在剝開的兩端套上硅膠墊;③之后在剝開口處纏上護(hù)纜導(dǎo)電帶3~5圈;④最后合上絕緣外罩。

    安裝上引弧金具,可使雷電過電壓均在引弧金具與消弧球之間定位閃絡(luò),接續(xù)的工頻短路電流電弧的弧根固定在防弧金具上燃燒(其中燃燒點為耐高熔點材料),從而保護(hù)導(dǎo)線免于燒傷。該方式操作簡便,投資少,能有效地防止雷擊斷線和防止線芯腐蝕。

    2)把架空絕緣導(dǎo)線(JKLFYJ-70)一端接到金屬橫擔(dān)上,另一端與接地棒連接,端子連接時必須牢固、具自鎖功能。

    3)接地棒采用分帶式續(xù)級增加的接地方式(銅包鋼接地棒),在接地電阻達(dá)到≤10Ω后可以認(rèn)為是合格的,原因為每個地方的土壤電阻不同,所有根據(jù)地區(qū)不同而采用分節(jié)續(xù)級式使用銅包鋼接地棒。

    6 檢驗方法

    1)外觀和尺寸檢查,目測,用尺子進(jìn)行常規(guī)檢查。

    2)雷電全波沖擊耐受電壓試驗,按GB/T16927.1的規(guī)定進(jìn)行。

    3)1min工頻濕耐受電壓試驗。按GB/T16927.1的規(guī)定進(jìn)行。

    4)1min工頻干耐受電壓試驗。按GB/T16927.1的規(guī)定進(jìn)行。

    5)工頻電弧試驗。按GB/T16927.1的規(guī)定進(jìn)行。

    6)接地電阻試驗,用專用接地電阻測試儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測,標(biāo)準(zhǔn)小于10Ω。

    7 結(jié)論

    絕緣導(dǎo)線雷擊必斷,這是其特性所然,在架設(shè)架空絕緣導(dǎo)線的地方,應(yīng)重視雷擊斷線問題。在直擊雷頻繁的區(qū)域,采用具可靠密封防潮的引弧金具防雷系統(tǒng),以減少各種雷擊斷線的危害。

    引弧金具是由廣州番禺電纜集團(tuán)有限公司、廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院和陽江供電局聯(lián)合研制,能有效防止雷擊斷線,同時又能解決密封防水問題,免維護(hù),值得推廣。在現(xiàn)今我國絕緣架空導(dǎo)線運行中最突出的問題是斷線和密封防水問題,今后隨著配電線路的雷電特性進(jìn)一步被摸清,保護(hù)措施將會更為完善、合理,架空絕緣線路的運行會更為安全、可靠。

    本文編自《電氣技術(shù)》,標(biāo)題為“陽江供電局10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線的方法分析”,作者為何平、胡超強。

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