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地凯防雷:黄丹水电厂输电线路的防雷措施

黄丹水电厂位于四川省沐川县黄丹镇下游4km的马边河上,装机3×1.5万kW,采用闸坝及河床式厂房蓄水发电,多年运行后,防雷系统曾出现较多问题。

雷电灾害不仅对强电造成危害,且感应雷已对弱电设备构成严重的威胁。因雷电导致的系统瘫痪以及设备损坏比比皆是,雷电灾害和防雷是社会各界关注的焦点。

防雷系统现状

1、设计要求

黄丹水电厂110kV电力网采用中性点直接接地方式,发电机连接的10kV系统,中性点采用非直接接地方式,且机组电容电流小于3A,故发电机中性点不需装消弧线圈。户外的110kV、35kV开关站直采用独立避雷针保护,接地引下线尽量远离设备接地点,向下直接与厂房底板主接地网连接;开关站之外的坝顶启闭机房、水厂等建筑物,在屋顶沿边墙设置避雷带,水电厂的整个屋面敷设(9×7)m的接地扁钢网络,用于防止直接雷的过电压破坏。

110kV的两条架空线路采用全线架设双根GJ-35型避雷线。在110kV母线装设一组Y10W1-100/248型氧化锌避雷器, 35kV母线上装一组(三相)氧化锌避雷器,两台主变距110kV母线避雷器的电器距离不大于130M,故不装设避雷器;在两台主变低压侧各装设一组(三相)FZ-10型阀型避雷器,在三绕组变压器的35kV侧装设一组(三相)Y10W1-42/126型氧化锌避雷器,两台主变中性点各装设一只Y1W-73/176氧化锌避雷器,并采用棒间隙配合避雷器保护。10kV两段母线各装设一只阀型避雷器保护开关设备及发电机。

35kV进线段为单芯电缆进线,在电缆与架空线的连接处装设氧化锌避雷器,其接地端与电缆的金属外皮连接,母线侧电缆端外皮经BYLJS-35型电缆保护器接地,作为进线段保护。

2、防雷现状

220V直流系统是2003年技改设备,设置一组为C级三相四线制的ZGB149A-40型电源浪涌保护器。由于水电厂是封闭式厂房,220V直流室位于副厂房内,其遭受雷击的可能性很小,故其实际意义不大。包括10kV两段母线所装设的两只阀型避雷器

由于开关站在厂房顶楼板上,板的厚度有限,避雷针接地引下线很难与设备接地网分开,施工相当困难,便在开关站上空电站左右岸两山山坡之间架设避雷线,设置独立的接地装置,接地电阻≯10Ω,有足够的安全裕度。

作为生命线的110kV黄永线、黄沐线大部分电杆、铁塔的接地体及接地引下线锈蚀严重、部分断裂,电杆横担钢口锈蚀断裂,全部线路的金具、拉线锈蚀严重,导地线腐蚀严重,21# 耐张杆导线对地距离不够,37~38# 耐张杆的风偏不够。架空线路防护区的多处竹木对线路构成威胁。35kV母线避雷器泄漏电流超标,且规定的试验项目因试验设备不齐,也未做完。

1B中压侧、35kV三条线路的避雷器放电计数器看不清,部分避雷器放电计数器指针已至最大刻度;1B、2B低压侧、10kV黄水线、10kV母线避雷器无放电计数器。

原35kV母线FZ-35型阀型避雷器因其热容量有限,不能承受长时间冲击电量,在1997年8月1日,因系统谐振,导致避雷器无法灭弧而爆炸,其碎片冲击PT瓷套,瓷套破裂漏油着火,引起爆炸,损失很大。在1997年已经把35kV母线、35kV线路共4组阀式避雷器改为氧化锌避雷器,1B、2B低压侧的2组阀式避雷器改为氧化锌避雷器;经过10年的运行,其效果明显。

水电厂的线路多架设在崇山峻岭之中,平均雷击日在43天,属于多雷区。由于线路各项工况较差,导致110kV黄永线、110kV黄沐线在11年间有50余次因雷击而影响供电(夏季尤其明显);由于水电厂的35kV 2U线路,只按标准在进出线2km的范围架设了单根避雷线,故雷击事故频繁。水电厂于2004年对35kV 2U线路进行了全线架设避雷线的技改,经过2年多的运行,其效果很好。

总体来看,水电厂的避雷系统主要问题是110kV线路耐雷水平下降。

处理办法

架空输电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。架空输电线路雷害事故的形成通常要经历四个阶段:输电线路受到雷电过电压的作用:输电线路发生闪络;输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;线路跳闸,供电中断。

针对雷害事故形成的四个阶段,我们的输电线路在采取防雷保护措施时,要做到以下几道防线:防直击、防闪络、防建弧(使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧)、防停电。具体有:

1、引进先进的输电地理信息系统,采用先进的AM/FM/GIS技术,将电子地图作为背景,在此基础上绘制输电线路设备,具有输电设备管理、运行管理、污区管理、输电线路规划设计等应用,并实现了与SCADA、MIS、行波测距等系统的接口。同时,结合GPS巡线定位系统,具有GPS杆塔定位、巡线功能。各类台帐和运行管理流程纳入计算机管理,图纸在计算机系统中绘制,实现了管理的无纸化,保证了数据的唯一性和准确及时性。

2、定期大、小修。大修一般为五年一次。根据线运行情况和技改项目可作不定期安排。小修一般一般每年一次。根据线路巡视、检查和测试结果,必要时可增加小修次数。大修主要是解开详细检查导线扎线,防止扎线变松,扎线点的导线很有可能存在断股,如不解开检查,安全隐患难以发现。不仅影响电能输送,而且极易发生安全事故。

因为我厂线路(避雷线、导线)档距较大,经过11个春夏秋冬,导线热胀冷缩,加之导线自重等原因,使绑扎点导线负重变细,导线随着风吹在扎线内摆动,长期下去使导线断股,由于电流较以前增加,断股处发热,将会烧断导线,这样极易发生断线故障。采用一级或多级设防。通过采用输电网金具接地、相线与地线间并联电容器等方法把高电压雷电脉冲的幅值降低,使设备受到保护。

3、落实防雷保护措施,如增加耦合地线、线路避雷器、负角保护加强绝缘,采用线路型合成绝缘氧化锌避雷器用于输电线路的防雷。注意内、外部防雷

4、我厂35kV系统中采用中性点不接地方式,这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除,不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时,由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线,增加了分流和对未闪络相的耦合作用,使未闪络相绝缘上的电压下降,从而提高了线路的耐雷水平。因此,对35kV线路的钢筋混凝土杆和铁塔,必须做好接地措施,并加强检查。

5、测量接地电阻,加强线路绝缘,对不合格者使用接地降阻剂降低杆塔接地电阻,可以减少雷击杆塔时的(冲击电压),减轻对导线的(反击)放电。但应关注长期的效果,特别是对接地体的腐蚀问题。

6、由于110kV线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如:跨河杆塔),这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越档导线与地线之间的距离,以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。增强巡检质量。

7、增加避雷器的试验设备,完成雷电流观测的准备、检修工作,如更换测雷参数的装置;增设测雷电装置,如避雷器放电计数器;提出次年防雷措施工作计划;安装避雷器脱离器、装设漏电显示器、安装电涌计数器、装设消雷器。

应注意放电计数器投入运行之前和动行1~2年以后,应进行检测,绝缘电阻、电导电流及串联组合元件的非线性因数差值(阀型)、检查密封情况;直流1mA电压 (U1mA) 及0.75 U1mA下的泄漏电流(金属氧化物避雷器)、运行电压的交流泄漏电流、工频参考电流下的工频参考电压、底座绝缘电阻、检查放电计数器动作情况;检修放电计数器时,要注意保持其密封,一旦打开,修复后一定要先烘干再密封,并须经密封试验合格后才能投入运行。按时对避雷器放电计数器归零、校试。

及时揭示避雷器的状态,以发现避雷器的缺陷。利用在线监测系统或在线监测仪器,不间断地监测氧化锌避雷器的泄漏总电流或阻性电流,发现泄漏电流有增大趋势时,做带电检测或停电做直流试验;也可以在不停电情况下定期测量避雷器的泄漏电流或功率损耗,然后根据测试数据对避雷器的运行状况作出分析判断,对隐患作到早发现早处理。

8、对35kV、10kV线路采用差绝缘方式,所谓差绝缘,是指同一基杆塔上三相绝缘有差异,下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子,当雷击杆塔或上导线时,由于上导线绝缘相对较“弱”而先击穿,雷电流经杆塔人地,避免了两相闪络。据计算,采用差绝缘后,线路的耐雷水平可提高24%。

9、加强运行工作:运行中定期测量避雷器温度,检查瓷瓶清洁应无裂纹及放电现象,引线、接地线连接应牢固,无松动脱落现象;放电记录器是否动作。雷雨时,禁止靠近避雷器,等待雷雨后方可检查;每次雷雨或系统发生故障后,应对避雷器进行详细检查,并将放电记录器指示数值进行记录。当避雷器瓷套管爆炸、破坏或有明显裂纹、引线或接地线断开、内有异常响声应停用避雷器。在运行中,放电计数器原有刷漆部位,应每隔1~2年刷漆一次,以免生锈。


影响架空输电线路雷击跳闸率的因素很多,解决线路的雷害问题,要从实际出发,因地制宜,综合治理。在采取防雷改进措施之前,要认真调查分析,充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况,核算线路的耐雷水平,研究采用措施的可行性、工作量、难度、经济效益及效果等,最后来决定准备采用某一种或几种防雷改进措施,确保工厂的安全运行。(摘编自《电气技术》,原文标题为“黄丹电厂防雷系统的现状分析”,作者为曾华。)


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