10kV输电线路防雷保护策略探析

苏桂枝
摘 要:10kV输电线路承担着电流输送的重任,是人们生活、生产正常用电的保障基础。然而雷电的肆虐常常会导致输电线路故障,严重影响了人们的工作和生活。有关10kV输电线路防雷保护方面的研究,为输电线路建设提供了一定的指导,其保护策略的提出具有重要的工程实际意义。本文在对雷击对10kV输电线路危害作出论述的基础上,就10kV输电线路防雷保护的现状进行了研究和分析,并提出了一些10kV输电线路防雷保护策略,以期降低雷击的危害,保证输电线路的正常运行。
关键词:10kV输电线路;雷击危害;防雷保护策略
10kV输电线路是电力系统的重要组成部分,其安全、稳定性对整个电力系统的运行产生了极大的影响。随着现代科学技术的发展,越来越多的输电线路防雷保护装置被发明出来,如避雷针、间隙保护、电压保护器等,为10kV输电线路防雷保护提供了有力的技术支持和条件。但是,这并不代表我国的输电线防雷保护已经成熟了,恰恰相反防雷保护还存在很多亟待解决的问题,而且防雷效果有待提升。因此,作者重点就10kV输电线路防雷保护进行了研究,并提出了相关建议以供参考。
一、雷击对10kV输电线路的危害
雷电是我们日常生活中常见的自然现象之一,它宏伟、壮观可又危害巨大,防范不当时会给人类造成无可挽回的损失。作者主要从雷电的产生与雷击的危害两个方面分析了雷击对10kV输电线路的危害,希望藉此引起有关部门和相关人员的注意,并将危害防患于未然,以为人们的健康生活提供保障。
(一)雷电的产生
雷电常伴有雷鸣和闪电的发生,是一种常见的自然现象。从电性分析来看,雷电类属于一种电流源作用的过程。雷电对地释放电流的实质是雷云突然向大地释放电荷,虽然雷云的初始电位几乎可达几百兆伏,极有可能击穿大气层,但这并不是造成地面物体击损的根本原因。地面被击物体的电位取决于雷电流与被击物体阻抗的乘积。这里所谓的被击物体阻抗是指被击点与地面零电位参照点之间的阻抗。相对而言,雷电的产生和雷电电流释放是一个非常复杂的物理过程:雷云中的水滴被强气流吹散之后,水滴附属了正电荷和负电荷,较小的水滴被气流吹走,造成了雷云各部分之间的电量差。一般处在五到十千米的云层富含正电荷,而五千米之下的云层则带有负电荷,且两种高度雷云的电荷分布不均匀。假若从10kV输电线路防雷保护的角度来分析雷云放电的这一过程,我们可以将其视作为雷电沿着固定波阻抗通道向大地释放电磁波的过程。
(二)雷击的危害
10kV输电线是电厂向用户输送电流的主要承载体之一,其线路铺设及穿越的地形复杂,极容易受到雷击的破坏,最终导致输电线工作闪停或中断。据相关调查数据显示,我国输电线路因雷击而造成损坏的现象频频发生,严重影响了输电线路的安全运行。自然环境恶化也致使雷电现象高发,给输电线路造成了极大的危害,也给工作人员和用户带来了诸多不便。另外,雷电还常常伴有大风暴雨等天气,在此过程中,很容易发生输电线路震荡、撞击以及电线杆断裂、倒地等事故,严重时可能会引发人员伤亡事故。雷击事故巡视毕竟是一项劳民伤财的工作,因此,做好10kV输电线路防雷保护工作显现的尤为重要和迫切。有研究调查显示,因雷击跳闸而导致的输电线路故障在整个线路故障中占有很大的比重,所以防断雷击跳闸成为了10kV输电线路防雷保护的重要措施之一。随着现代科学技术的发展,人们逐渐对10kV输电线路防雷保护做出了改进,从而在一定程度上提升了防雷保护的效果,例如在输电线路上加装耦合接地线,将避雷单线改为双线等。这些举措都在一定程度上有效避免了雷击跳闸现象,是我们日常输电线路防雷保护工程建设的重要项目。
二、10kV输电线路防雷保护现状
对10kV输电线路防雷保护现状进行研究和分析,为我们制定有效的输电线防雷保护措施提供了指导和依据,是我们研究10kV输电线路防雷保护策略的基础和前提。本文从跳闸故障和避雷器故障两个方面分析了当前10kV输电线路防雷保护的实际状况,以期为后续的研究工作奠定基础。
(一)跳闸故障
为了便于研究和分析,作者从时间和空间两个角度总结了由雷击造成的输电线路故障的特性。从时间上来讲,我国输电线路雷击故障主要集中在多雨时季,具有一定的季节性、瞬时性以及集中性等特性。从电力部门的记录数据来看,每当雷雨季节来临之际,10kV输电线路雷击跳闸事故呈现急剧增长态势,在此时段,电力部门必须要集中大量的人力、物力投入到线路抢修当中,以保证输电线路的正常运行;从空间上来讲,我国输电线路雷击故障主要集中在多雨、空旷的地带,其中西部地区要比东部地区故障频发率高。10kV输电线路一般铺设在较为低洼的地方,其高度基本局限在12-15m范围之内,容易受到高耸建筑物的保护。而在空旷的野区,10kV输电线路暴露在整个旷野当中,缺少高耸建筑物或其他物体的保护,因而雷击故障事故发生较为频繁。除此之外,造成10kV输电线路雷击故障的因素还有线路分布、地形地貌、地质水文等等。
(二)避雷器故障
避雷器是输电线路防雷保护最主要的装置之一,对保护输电线路防雷击具有重要的作用。因此,对避雷器故障进行技术分析是非常有必要的,是10kV输电线路防雷保护研究的重点。目前,避雷器故障主要分为以下几种:一,因受污受潮而导致的避雷器故障。我们所常用的避雷器由绝缘筒和氧化锌电阻阀片组成,其中,绝缘筒多位抗老化复合型材料,氧化锌电阻阀片则具备良好的阻隔性质。因为避雷器常工作于恶劣的环境中,长时间的裸露势必会导致避雷器上覆盖一层厚厚的污秽物,它一旦遇到潮湿天气时就可能会发生污秽脱落现象,最终引发故障;二,因密封不良而导致的避雷器故障。造成避雷器密封不严的原因有很多种,有的是因为生产质量不过关,有的则是因为运输途中发生损坏。避雷器密封不良会致使绝缘筒和氧化锌电阻阀片之间出现气体间隙,当空腔呼吸作用时则可能会使避雷器吸入潮气,从而导致氧化锌电阻阀片绝缘能力下降,引发避雷器故障;三,因老化而导致的避雷器故障。在避雷器日常运行的过程中,不可避免的会受到外界运行环境的影响导致老化速度加快。或是受到自身使用期限的局限,当避雷器使用到一定年限时也会出现老化现象,一旦避雷器的这种老化到达一定程度时,电阻片泄漏电流就会出现问题,破坏了氧化锌电阻阀片,继而引发故障。
三、10kV输电线路防雷保护策略
科学技术的发展不仅深化了我们对雷电的认知,还帮助我们挖掘出更多的10kV输电线路防雷保护策略。因此,我们要充分利用现代科技的优势,积极探索输电线防雷保护的策略,并践行在实际工作当中。作者结合自己的专业知识以及上述对10kV输电线路防雷保护现状的分析,提出了安装间隙保护装置、安装避雷器以及降低杆塔接地电阻三种10kV输电线路防雷保护策略,并希望借此提高我国输电线路雷电防护的水平。
(一)安装间隙保护装置
输电线上的间隙保护装置是指位于绝缘子串旁的一对并联金属球电极。该保护装置间隙的确定需要以对绝缘子百分之五十累计冲击实验值为依据,要保证其放电电压低于绝缘子串的放电电压。间隙保护装置的工作效用是:当10kV输电线路运行正常时,间隙保护装置处于工频电场中,由于工频电场的强度不高所以不会击穿空气间隙,自然也不会对输电线路产生影响;而当输电线路面临雷击时,绝缘子串的始端和终端瞬间会出现较高的雷电过电压,那么间隙保护装置就会发生作用,它将雷电电压引入到间隙中进行放电,使得燃烧的工频持续电流熄灭,从而避免了绝缘子串的损坏;当10kV输电线是绝缘线时,间隙保护装置则有效降低了输电绝缘线路的断线故障发生率。但是,加装间隙保护装置并非一本万利,其会造成输电线路自身防雷作用一定程度的降低,某种意义上,加大了输电线路跳闸的风险。所以,为了尽量规避安装间隙保护装置所带来的风险,我们可以在10kV输电线路上加装可以调节的间隙保护装置,以此来降低10kV输电线路雷击事故的发生。除此之外,我们还可以依据实际需要架设避雷线,这在我国的输电线路铺设中已逐步得到实现并取得了一定的效果。当雷电作用到地面上时,由于避雷线与输电线之间处于一种耦合状态,会提升输电线路的雷电防护水平。但是,值得注意的是10kV输电线路中架设避雷线会使输电线的引雷作用强化,有可能会引发更多的雷击故障。所以,我们应该依据实际需要确定避雷线的架设与否。
(二)合理安装避雷器
如上文中所提及的,避雷器对保护输电线路防雷具有明显的效果。我们日常生活中所使用的避雷器几乎可以对180m范围的输电线路进行保护,但是对雷电职级线路只能保护其所处的杆塔,如若在10kV输电线路上全部加装避雷器,那么输电线路防雷保护将会取得很好的效果。然而,以我国当前的经济技术来看这显然是不合适的,无疑增加了输电线路的铺设成本和维护成本。因此,我们应该有选择性、合理的安装避雷器。从理论上分析,作者认为有几处必须要安装避雷器:处于山顶的输电线路应该全线加装避雷器;处于山腰的输电线路则需要在山底的侧导线上安装避雷器;处于空旷地区的输电线路安装避雷器;在输电线路一定范围内进行高耸物体避雷器安装。另外,避雷器的安装排布上我们应该遵循最优化原则,具体而言,对呈上下排列的输电线路,尽量在上支导线上安装避雷器;对呈三角形狗仔的输电线路,尽量在顶相导线上安装避雷器。基本上这也是输电线路上避雷器安装的最佳位置。通过科学的计算,作者发现避雷器保护的范围会随着高度的上升而缩小,而高度一定时避雷器的保护范围会随着雷电流幅值的提高而扩大。
(三)适度降低杆塔接地电阻
10kV输电线路防雷保护中不仅需要我们考虑雷电波围堵问题,还需要我们考虑雷电波的释放问题,单纯的提升10kV输电线路的绝缘水平,而不采用其他辅助保护手段,会导致雷电波传输到输电站或者输电变压器上,极可能损坏电站设备。除了上述安装间隙保护装置和避雷器之外,降低输电线的接地电阻也是有效的方式之一。根据相关规定,当输电线路的输电电压容量小于100kVA时,那么我们需要将接地电阻控制在十欧姆以下。而当输电线路处于避雷器保护状态时,我们需要将避雷器的接地电阻控制在四欧姆以下。目前,国外一些关于降低输电线接地电阻的有效方法是值得我们学习和借鉴,例如,我们可以采用外引接地、使用降阻剂、深埋接地、扩大接地网面积等方式降低杆塔接地电阻。虽然这些降低杆塔接地电阻的方法都是有效的,但是还需要电力部门综合考虑成本、维护、效果等多方面的因素,选择高效低成本的降阻方式。与此同时,我们还需要注意避雷器与杆塔之间的接地配合。当前阶段,10kV输电线路中避雷器与杆塔之间接地配合的方式有两种,即共地并联和不同地。所谓的共地是指避雷器与杆塔绝缘子并联。而不攻地是指避雷器一端与导线相连,另一端则采用直接接地的方式。这两种不同的方式对避雷器释放雷电电流的影响也是有所不同的。经过测试研究表明,在土壤电阻率较小的地区我们可以采用避雷器和杆塔不共地的配合方式,相反则选用避雷器和杆塔共地的配合方式,这样才能将避雷器的雷电流释放功能有效的发挥出来。
总之,做好10kV输电线路防雷保护是非常重要的和必要的。我们应该利用现代先进的科学技术,依据输电线防雷保护实际制定科学、合理、有效的10kV输电线路防雷保护措施。鉴于作者的个人能力和认知有限,关于10kV输电线路防雷保护方面的研究还存在很多的不足之处。因此,我们在以后的工作实践中加大有关方面的研究,并积极探索出更多、更有效的输电线防雷保护措施,以为人们提供安全、稳定的生活环境和工作环境。同时电力部门还需要适度加大防雷保护建设力度,积极国外的一些优势经验,善于发现自身的不足或有待完善的地方,并进行及时的改进和更新。如此通过多方的努力,相信我国的输电线防雷保护将会赢来更广阔的明天。
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