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配电网综合防雷工程

       6—35kv电网是我们国家的主要配电网,然而由于配电网的结构及防雷措施不足等原因,使配电网雷害事故频发。我们在河南、湖南、广东、福建、江西、贵州等电力部门的配合下我们对配电网的防雷进行了长期的、系统的、深入研究,提出了综合防雷措施,差异性实施理念;开发研制了接地降阻剂、自动跟踪补偿消弧装置、电容电流测试仪、可调式过电压保护间隙;防绕击侧向避雷针、绝缘子智能检侧仪、特种防雷变压器等一系列防雷产品;研究出了降低配电网雷击闪络概率、降低雷击建弧率、降低接地电阻、正确应用重合闸等防雷措施。经现场应用证明:这些措施能有效防止配电网的雷害事故,提高了配电网的耐雷水平。该m8体育于2009年12月通过了湖南省科技厅的技术鉴定,m8体育整体技术水平达到了国际先进水平。

       配电网是直接面对广大电力用户分配电能的网络,10kV—35kv配电网是主要的配电网,配电网具有网络结构复杂,线路绝缘水平低的特点,不但直击雷能造成事故,感应雷过电压也能对其造成很大的影响。在雷电活动频繁的地区,雷害事故经常发生,极大地影响了配电网的供电可靠性和配电网的安全稳定运行。由于配电网在防雷问题上的复杂性和配电网雷电过电压防护上的特殊性,往往仅靠一两种措施难以凑效,需要多种措施的综合使用。如安装避雷器虽能把雷电过电压进行有效的限制,但是避雷器的保护范围有限,不可能在配电网上安装大量的避雷器进行保护,再则避雷器由于运行维护上的原因会使运行维护工作量过大,还会由于避雷器本身的故障增加电网的故障点;提高配电网的绝缘水平能够有效降低雷击闪络概率,但考虑到成本因素和配电设备的绝缘配合并不能仅靠提高绝缘水平的办法来降低雷击闪络概率;重合闸虽是提高配电网运行可靠性的手段,但它只适应于瞬时性故障和自恢复性绝缘,对永久性故障,如合到故障点上会使事故护大。如很多地方由于雷击电缆头造成永久性击穿,线路跳闸后,重合闸重合到永久性故障点上发生了“火烧连营”事故。所以对配电网来说仅靠单一的防雷措施是很难凑效的,必须采取多种措施进行联合保护,即采用综合的防雷保护措施才能进行有效的防雷。如,1、对配电线路,采用提高绝缘水平降低雷击建弧率;2、对配电设备采用避雷器进行保护;3、对架空线路绝缘子,采用过电压保护间隙进行保护;4、对35kv及以上电压等级线路杆塔为了防止绕击采用侧向避雷针保护;….实践证明:这些措施的综合应用能有效提高配电网的防雷保护水平,提高配电网的供电可靠性。
        考虑到我国不同地区的地理、气象特点,配电网网络佶构的复杂性,雷电活动的差异性,雷电放电的选择性,我们在具体配电网防雷措施的实施上不能千篇一律的采用一套防雷保护方案,而应是针对不同的网络结构,不同的电网规模,不同的雷电活动特点,不同的防雷需求采用不同的防雷方案,如,1、在配电网中性点接地方式选择上,虽然预调式消弧装置能有效降低配电网雷击建弧率,但只适应于架空网络的自恢复性绝缘,对于纯电缆网络的接地故障,消弧装置并不能使接地点的故障消除,因而在采用中性点的接地方式时应根据配电网的网络结构和单相接地电流大小选取合适的接地方式;2、重合闸虽是配电网防雷的主要手段,但它是基于配电网雷击跳闸后,故障点的绝缘是自恢复性绝缘,雷击造成的故障是瞬时性故障,在线路跳闸断电后故障点的绝缘能自行恢复,如故障点的绝缘不是自恢复性绝缘,雷击造成了永久性的故障,则重合闸就会合到永久性的故障点上使事故扩大;3、常规配电变压器的防雷我们只需要在高、低压两侧采用避雷器保护,并实现正确的接地对配变进行有效保护即可,但是对于微波站、雷达站这些场所由于所用设备对雷电的敏感应非常高,往往在雷电活动时打坏低压电子设备,因此,对这些场所要采用特殊的防雷变压器进行保护…,也就是说,在配电网防雷措施的实施上,要根据不同的配电网结构、规模、不同的雷电活动特点、不同的防雷要求采取差异性的防雷措施。
        为解决配电线路的防雷问题,我们开发研制出了用于配电线路的可调间隙防雷装置,它并联在配电线路的绝缘子两端,间隙的雷电放电电压调整到略小于绝缘子的冲击闪络电压,在雷电过电压作用下,间隙动作,把雷电过电压泄入大地,从而保护绝缘子不受损伤。对绝缘导线,则可防止电弧发生在绝缘导线和地之间而烧断绝缘导线的事故。成套产品由上下固定金具、导线球形电极、接地球形电极和可调固定支架构成,间隙之间的间隙大小可通过下间隙的调整螺丝进行调整,使其间隙的放电电压永远保持略低于绝缘子的雷电击穿电压,使绝缘子和线路得到有效保护。①雷电过电压作用时间隙动作把雷电过电压通过间隙泄入大地,从而保护了线路绝缘子和其他配电设备。因而装置可以有效地保护配电线路绝缘子和电气设备不被雷电击伤和击毁,可以用来保护配电设备,可以装在变电所的出线侧用来限制从线路来的雷电侵入波对变电所设备的危害。②因为雷电冲击电弧和工频电弧是发生在间隙的电极间,绝缘导线不会被击穿,不会产生着弧点,更不会由于电弧的弧根固定而被烧断,因而能有效地防止绝缘导线的雷击断线。③如配电网因雷击造成单相接地,因间隙的动作电压低于线路绝缘子的击穿电压,则单相接地电弧会发生在球型电极之间,是纯空气间隙,受到空气的去游离、电动力和风力的作用,纯空气间隙的熄弧能力要比绝缘子的沿面熄弧能力强,因而采用球型间隙保护有利于单相接地电弧的熄灭,使配电线路恢复正常。④如雷击造成了两相球间隙击穿,相间短路,线路跳闸,间隙之间的电弧熄灭,由于空气的去游离强,间隙之间的绝缘强度快速恢复,有利于线路重合闸的重合成功。如果是绝缘子相间闪络,则有有能在雷电流或工频续流把绝缘子表面损伤,或打炸,使重合失败,因而采用过电压间隙保护有利于提高配电网雷击重合闸的成功率。⑤装置结构简洁便于巡视检查,基本不需维护。
      雷达站、微波站和移动通信的发射台站的地理位置一般设在当地的制高点,如山顶等,其电源系统更易遭受雷击,轻者造成站内设备的接口损坏,大量数据丢失或无法传输;重者使主机损坏,导致通信中断。如湖南空管的云朝山雷达站云朝山雷达站海拔1128m,其10kv(教字垭—云朝山)线路是由35kv教字垭变电所向云朝山雷达站提供的单路10KV架空专线。 2005年9月竣工后,该送电线路每年都有配电设备雷害记录。其中:2007年9月15日, 雷达站160KVA变压器因雷击,导致高压侧A相绕组层间绝缘被击穿,线圈爆裂;2008年6月23日,雷达站160KVA变压器高压侧A相绕组输入端与分接开关的绝缘层,再次因雷击击穿,绕组熔断。据调查都是雷击10kv架空线线,雷电过电压从10kv架空线侵入到雷达站的。因为雷达站的位置比较高(海拨1128m),在雷电活动时雷云一般不在这个高度活动,雷云活动的高层一般在海拨400—800m处,往往是半山腰电闪雷鸣,而雷达站处则是晴天,雷达站直击雷发生概率较小,两次雷害事故发生时都是如此。从这些雷害事故的分析来看,雷害事故主要有两个方面:
   (1)雷击造成配电变压器损坏,一般是高压线路遭雷,雷电冲击波沿线路侵入,由于电源变压器在防雷上存在漏洞,或变压器的耐雷水平差而被雷击毁的。
   (2)雷电活动时,雷电过电压传递到变压器的副边打坏重要的电气设备,在微波站、雷达站移动通信发射塔和智能建筑等场所大都是计算机弱电设备,这些微电子设备对雷电干扰大都非常敏感,在雷电活动时,由于变压器相对来说绝缘裕度比较大,雷击时可能并不损坏,但雷电过电压可能通过变压器传递到低压侧而把低压侧的控制设备、通讯设备打坏。
       我们与重庆帝讯m8体育合作开发研制了特种防雷变压器、为了提高变压器的耐雷水平并阻止由高压线侵入的雷电过电压传输到变压器的副边,对副边的带电气设备造成影响, 我们在分析了大量的配电变压器雷害事故的原因、损坏部位,及现有变压器存在问题的基础上,经过反复计算、试验和大量的修改,于2009年推出了防雷变压器样机。它的主要特点有:1、采用“双曲折”的联接组别,即对变压器的高压绕组和低压绕组同时采用Z型联接。①高压侧绕组采用Z型联接,这样右每个铁芯柱上都分别绕有半个不同绕线方向的绕组,当高压线路2相、或3相来波侵入时,由雷电流造成的“零序”磁通相互抵消,这样雷电过电压就不会以电磁感应的方式感应到副边,同时由于其零序磁通互相抵消还在一定程度上限制了高压绕组匝间、或层间的过电压。②高压侧绕组采用Z型联接后,可引出变压器的高压侧中性点,这样我们就可以对变压器的高压侧中性点加避雷器进行保护,而变压器的中性点正是容易发生雷击毁坏的重点部位,加避雷器保护后正好可以解决这一问题。③低压侧绕组采用Z型联接,主要是保护变压器自身,主要防止低压网络较大时,由低压侧侵入的雷电侵入波通过“正变换”,对变压器的高压侧造成危害,还可以防止雷电由高压侧侵入时产生的“逆变换”过电压。2、优化变压器内绝缘结构,改善内部电场分布,提高关键部位的绝缘强度。①加强了变压器绕组首端的层间绝缘强度,因为雷击变压器损坏的大多是首端绕组层间击穿,这主要是雷电侵入波的陡度较大时,变压器的绕组层间电位梯度较大造成层间击穿。②加强变压器中性点的绝缘强度,防止二相或三相来波时中性点电位升高造成击穿。③减小一二次绕组之间的电容,增大一二次绕组之间的容抗,限制高压雷电过电压向低压绕组传递。该产品研制出后2009年在湖南空管云朝雷达站进行试运行,防雷效果良好,现在已陆续推向了全国。