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配電網綜合防雷工程

       6—35kv電網是我們國家的主要配電網,然而由于配電網的結構及防雷措施不足等原因,使配電網雷害事故頻發。我們在河南、湖南、廣東、福建、江西、貴州等電力部門的配合下我們對配電網的防雷進行了長期的、系統的、深入研究,提出了綜合防雷措施,差異性實施理念;開發研制了接地降阻劑、自動跟蹤補償消弧裝置、電容電流測試儀、可調式過電壓保護間隙;防繞擊側向避雷針、絕緣子智能檢側儀、特種防雷變壓器等一系列防雷產品;研究出了降低配電網雷擊閃絡概率、降低雷擊建弧率、降低接地電阻、正確應用重合閘等防雷措施。經現場應用證明:這些措施能有效防止配電網的雷害事故,提高了配電網的耐雷水平。該項目于2009年12月通過了湖南省科技廳的技術鑒定,項目整體技術水平達到了國際先進水平。

       配電網是直接面對廣大電力用戶分配電能的網絡,10kV—35kv配電網是主要的配電網,配電網具有網絡結構復雜,線路絕緣水平低的特點,不但直擊雷能造成事故,感應雷過電壓也能對其造成很大的影響。在雷電活動頻繁的地區,雷害事故經常發生,極大地影響了配電網的供電可靠性和配電網的安全穩定運行。由于配電網在防雷問題上的復雜性和配電網雷電過電壓防護上的特殊性,往往僅靠一兩種措施難以湊效,需要多種措施的綜合使用。如安裝避雷器雖能把雷電過電壓進行有效的限制,但是避雷器的保護范圍有限,不可能在配電網上安裝大量的避雷器進行保護,再則避雷器由于運行維護上的原因會使運行維護工作量過大,還會由于避雷器本身的故障增加電網的故障點;提高配電網的絕緣水平能夠有效降低雷擊閃絡概率,但考慮到成本因素和配電設備的絕緣配合并不能僅靠提高絕緣水平的辦法來降低雷擊閃絡概率;重合閘雖是提高配電網運行可靠性的手段,但它只適應于瞬時性故障和自恢復性絕緣,對永久性故障,如合到故障點上會使事故護大。如很多地方由于雷擊電纜頭造成永久性擊穿,線路跳閘后,重合閘重合到永久性故障點上發生了“火燒連營”事故。所以對配電網來說僅靠單一的防雷措施是很難湊效的,必須采取多種措施進行聯合保護,即采用綜合的防雷保護措施才能進行有效的防雷。如,1、對配電線路,采用提高絕緣水平降低雷擊建弧率;2、對配電設備采用避雷器進行保護;3、對架空線路絕緣子,采用過電壓保護間隙進行保護;4、對35kv及以上電壓等級線路桿塔為了防止繞擊采用側向避雷針保護;….實踐證明:這些措施的綜合應用能有效提高配電網的防雷保護水平,提高配電網的供電可靠性。
        考慮到我國不同地區的地理、氣象特點,配電網網絡佶構的復雜性,雷電活動的差異性,雷電放電的選擇性,我們在具體配電網防雷措施的實施上不能千篇一律的采用一套防雷保護方案,而應是針對不同的網絡結構,不同的電網規模,不同的雷電活動特點,不同的防雷需求采用不同的防雷方案,如,1、在配電網中性點接地方式選擇上,雖然預調式消弧裝置能有效降低配電網雷擊建弧率,但只適應于架空網絡的自恢復性絕緣,對于純電纜網絡的接地故障,消弧裝置并不能使接地點的故障消除,因而在采用中性點的接地方式時應根據配電網的網絡結構和單相接地電流大小選取合適的接地方式;2、重合閘雖是配電網防雷的主要手段,但它是基于配電網雷擊跳閘后,故障點的絕緣是自恢復性絕緣,雷擊造成的故障是瞬時性故障,在線路跳閘斷電后故障點的絕緣能自行恢復,如故障點的絕緣不是自恢復性絕緣,雷擊造成了永久性的故障,則重合閘就會合到永久性的故障點上使事故擴大;3、常規配電變壓器的防雷我們只需要在高、低壓兩側采用避雷器保護,并實現正確的接地對配變進行有效保護即可,但是對于微波站、雷達站這些場所由于所用設備對雷電的敏感應非常高,往往在雷電活動時打壞低壓電子設備,因此,對這些場所要采用特殊的防雷變壓器進行保護…,也就是說,在配電網防雷措施的實施上,要根據不同的配電網結構、規模、不同的雷電活動特點、不同的防雷要求采取差異性的防雷措施。
        為解決配電線路的防雷問題,我們開發研制出了用于配電線路的可調間隙防雷裝置,它并聯在配電線路的絕緣子兩端,間隙的雷電放電電壓調整到略小于絕緣子的沖擊閃絡電壓,在雷電過電壓作用下,間隙動作,把雷電過電壓泄入大地,從而保護絕緣子不受損傷。對絕緣導線,則可防止電弧發生在絕緣導線和地之間而燒斷絕緣導線的事故。成套產品由上下固定金具、導線球形電極、接地球形電極和可調固定支架構成,間隙之間的間隙大小可通過下間隙的調整螺絲進行調整,使其間隙的放電電壓永遠保持略低于絕緣子的雷電擊穿電壓,使絕緣子和線路得到有效保護。①雷電過電壓作用時間隙動作把雷電過電壓通過間隙泄入大地,從而保護了線路絕緣子和其他配電設備。因而裝置可以有效地保護配電線路絕緣子和電氣設備不被雷電擊傷和擊毀,可以用來保護配電設備,可以裝在變電所的出線側用來限制從線路來的雷電侵入波對變電所設備的危害。②因為雷電沖擊電弧和工頻電弧是發生在間隙的電極間,絕緣導線不會被擊穿,不會產生著弧點,更不會由于電弧的弧根固定而被燒斷,因而能有效地防止絕緣導線的雷擊斷線。③如配電網因雷擊造成單相接地,因間隙的動作電壓低于線路絕緣子的擊穿電壓,則單相接地電弧會發生在球型電極之間,是純空氣間隙,受到空氣的去游離、電動力和風力的作用,純空氣間隙的熄弧能力要比絕緣子的沿面熄弧能力強,因而采用球型間隙保護有利于單相接地電弧的熄滅,使配電線路恢復正常。④如雷擊造成了兩相球間隙擊穿,相間短路,線路跳閘,間隙之間的電弧熄滅,由于空氣的去游離強,間隙之間的絕緣強度快速恢復,有利于線路重合閘的重合成功。如果是絕緣子相間閃絡,則有有能在雷電流或工頻續流把絕緣子表面損傷,或打炸,使重合失敗,因而采用過電壓間隙保護有利于提高配電網雷擊重合閘的成功率。⑤裝置結構簡潔便于巡視檢查,基本不需維護。
      雷達站、微波站和移動通信的發射臺站的地理位置一般設在當地的制高點,如山頂等,其電源系統更易遭受雷擊,輕者造成站內設備的接口損壞,大量數據丟失或無法傳輸;重者使主機損壞,導致通信中斷。如湖南空管的云朝山雷達站云朝山雷達站海拔1128m,其10kv(教字埡—云朝山)線路是由35kv教字埡變電所向云朝山雷達站提供的單路10KV架空專線。 2005年9月竣工后,該送電線路每年都有配電設備雷害記錄。其中:2007年9月15日, 雷達站160KVA變壓器因雷擊,導致高壓側A相繞組層間絕緣被擊穿,線圈爆裂;2008年6月23日,雷達站160KVA變壓器高壓側A相繞組輸入端與分接開關的絕緣層,再次因雷擊擊穿,繞組熔斷。據調查都是雷擊10kv架空線線,雷電過電壓從10kv架空線侵入到雷達站的。因為雷達站的位置比較高(海撥1128m),在雷電活動時雷云一般不在這個高度活動,雷云活動的高層一般在海撥400—800m處,往往是半山腰電閃雷鳴,而雷達站處則是晴天,雷達站直擊雷發生概率較小,兩次雷害事故發生時都是如此。從這些雷害事故的分析來看,雷害事故主要有兩個方面:
   (1)雷擊造成配電變壓器損壞,一般是高壓線路遭雷,雷電沖擊波沿線路侵入,由于電源變壓器在防雷上存在漏洞,或變壓器的耐雷水平差而被雷擊毀的。
   (2)雷電活動時,雷電過電壓傳遞到變壓器的副邊打壞重要的電氣設備,在微波站、雷達站移動通信發射塔和智能建筑等場所大都是計算機弱電設備,這些微電子設備對雷電干擾大都非常敏感,在雷電活動時,由于變壓器相對來說絕緣裕度比較大,雷擊時可能并不損壞,但雷電過電壓可能通過變壓器傳遞到低壓側而把低壓側的控制設備、通訊設備打壞。
       我們與重慶帝訊公司合作開發研制了特種防雷變壓器、為了提高變壓器的耐雷水平并阻止由高壓線侵入的雷電過電壓傳輸到變壓器的副邊,對副邊的帶電氣設備造成影響, 我們在分析了大量的配電變壓器雷害事故的原因、損壞部位,及現有變壓器存在問題的基礎上,經過反復計算、試驗和大量的修改,于2009年推出了防雷變壓器樣機。它的主要特點有:1、采用“雙曲折”的聯接組別,即對變壓器的高壓繞組和低壓繞組同時采用Z型聯接。①高壓側繞組采用Z型聯接,這樣右每個鐵芯柱上都分別繞有半個不同繞線方向的繞組,當高壓線路2相、或3相來波侵入時,由雷電流造成的“零序”磁通相互抵消,這樣雷電過電壓就不會以電磁感應的方式感應到副邊,同時由于其零序磁通互相抵消還在一定程度上限制了高壓繞組匝間、或層間的過電壓。②高壓側繞組采用Z型聯接后,可引出變壓器的高壓側中性點,這樣我們就可以對變壓器的高壓側中性點加避雷器進行保護,而變壓器的中性點正是容易發生雷擊毀壞的重點部位,加避雷器保護后正好可以解決這一問題。③低壓側繞組采用Z型聯接,主要是保護變壓器自身,主要防止低壓網絡較大時,由低壓側侵入的雷電侵入波通過“正變換”,對變壓器的高壓側造成危害,還可以防止雷電由高壓側侵入時產生的“逆變換”過電壓。2、優化變壓器內絕緣結構,改善內部電場分布,提高關鍵部位的絕緣強度。①加強了變壓器繞組首端的層間絕緣強度,因為雷擊變壓器損壞的大多是首端繞組層間擊穿,這主要是雷電侵入波的陡度較大時,變壓器的繞組層間電位梯度較大造成層間擊穿。②加強變壓器中性點的絕緣強度,防止二相或三相來波時中性點電位升高造成擊穿。③減小一二次繞組之間的電容,增大一二次繞組之間的容抗,限制高壓雷電過電壓向低壓繞組傳遞。該產品研制出后2009年在湖南空管云朝雷達站進行試運行,防雷效果良好,現在已陸續推向了全國。
 
 
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