县乡电网一般由35千伏送电线路、35千伏变电所、10千伏配电网和0.4千伏用电网络组成,其绝缘等级相对较低,大多线路是通过丛山峻岭,地形高差较大。有些线路还处于雷电活动日平均值较大的多雷区,因而在雷雨季节常遭受雷电强烈活动的影响。
雷电是自然界中雷云之间或雷云与大地之间的一种放电现象,其特点是电压很高、电流很大,能量释放时间短,具有很强的危害性。如电网遭受雷击就可能造成停电事故,将给工农业生产带来损失,给人们日常生活带来极大不便。为此,在了解雷击闪络机理后。因地制宜采取各种有效的防雷措施,提高电网防御雷击的能力,从而提高电网供电的可靠性。
一、电网雷击闪络的机理
雷电放电机理是雷云中强烈的上升气流,在这种气流作用下,带正点的冰晶与带负电的水滴开始分离,形成一部分带正电荷,一部分带负电荷的雷云。由于异性电荷的不断积累,不同极性的云层之间的电场强度不断增大,当某处雷云的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就形成了雷云的放电。不同极性的电荷通过一定电离通道互相中和而产生强烈的光和热,造成其附近空气的突然膨胀,即会发出霹雳的轰鸣声。由于雷云负电荷的感应作用,使附近地面积聚正电荷,从而使地面与雷云之间形成强大电场。当某处积聚的电荷密度很大时,使电场强度达到雷云与地面之间空气游离的临界值时,就为雷云对地放电创造了条件,如落雷击中电网导线即造成雷击闪络。
雷电的破坏作用主要是雷电流引起的,所以防雷设置必须按雷电流大小来考虑。但雷电活动的强度是因地而异,即使在同一地区,雷电活动强度也是有所不同,这是因为受局部气象条件的影响所致。从雷害事故资料表明,雷击地点、部位也有它的规律性,但由于地面物件性质和形状的差异,其所受雷击损坏的程度也不同。在电场强度增强时,地面物件的尖顶和边缘上的电场强度为最大,因而其雷击损坏程度也最大。而在旷野中,物件高度虽不高,但由于比较孤立突出,因而也比较易遭雷击。
根据县乡电网运行的实际,其电网遭受雷击闪络的主要原因有:
1.电网大跨度档距的线路易受雷击侵害。电网大跨度档距两侧杆塔是线路耐雷的薄弱环节,其原因是大跨度杆塔一般位于山头上,地势较高,因而易受雷击;其次是大跨度杆塔的间距较大,避雷线对线路导线的屏蔽作用较差,因而也容易引起雷击闪络。
2.电网大档距转角杆跳线串容易遭雷击。转角杆由于要达到保护塔头间隙能满足绝缘配合的要求,往往将横担往转角的外侧伸长,致使其受屏蔽保护的性能变差,因而遭雷击。
3.电网中的山区线路存在“易击段”。电网线路通过山区时,受地形、地貌、地质、气流等因素的影响,因而在这段地区的线路往往会出现重复性的雷击闪络。为此,对“易击段”线路应采取重点的防雷保护措施。
4.耦合地线终端容易造成闪络。线路的耦合地线,既有分流作用,又会增加耦合系数。在耦合地线的终端处,杆塔另一侧的耦合作用已失去,因而在同样雷电流下,绝缘子承受电压高于两侧均有耦合地线的杆塔,所以耦合地线终端易出现雷击闪络。
5.杆塔接地电阻对雷击闪络的影响。根据线路运行情况看,杆塔接地电阻在30Ω以上者,发生雷击闪络的约占50%以上,而接地电阻在30Ω以下者,发生雷击闪络的约占25%。可见杆塔接地电阻的大小也是发生雷击闪络的因素。
6.电网中山区线路遭雷击的跳闸率均大于平原地区线路的跳闸率。其原因是山区线路所处的地线、高度、环境等因素所致。
二、电网减少雷击闪络的保护措施
县乡电网遭雷击而发生闪络跳闸的相关影响因素较多,为确保线路安全运行,必须按电网所处地区雷电活动情况,因地制宜采取综合保护措施来减少雷击闪络的跳闸事故,为电网安全可靠运行打下基础。
1.电网设计时应注重防雷保护措施
(1)防直击雷的措施
电网中架空送电线路,其最有效的保护方式,是采用接地的架空避雷线,而且避雷线的保护角愈小,其遮蔽效果也越好。为此,在变电所进出线段应设计架设1~2km的架空避雷线。对35kV系统而言,大多是采用中性点不接地的小电流接地系统,这种接地方式可允许单相接地故障的短时运行。因而在线路设计时,应把无架空避雷线的部分线路,尽量设计为导线的三角型排列,使最上面一相导线起到避雷线作用。而架空避雷线进线段应设计为水平排列的门型杆塔。因双避雷线对雷电流有分流作用,起到降低雷击时杆顶电位的作用,从而使雷击跳闸率减少。
(2)防感应雷的措施
在变电所进线段避雷线的设计上,不能将进线的避雷线引到变电所出线的龙门架上,只能引到线路的终端杆塔处。同时还要加强线路的绝缘强度,因而设计师每串绝缘子应多加一片,用以加强绝缘。
另外,在线路设计中还要着重降低杆塔的接地电阻,可通过延伸接地极或使用长效化学降阻剂等措施来降低接地电阻。降低杆塔的接地电阻,可降低雷击时杆塔顶端的电位,使之不易发生线路绝缘的反击。对电网中的大跨度杆塔的保护角和转角杆的跳线,在设计时应采取屏蔽保护措施。
对35kV输电线路的个别薄弱杆塔,设计时应考虑加装保护间隙,或设法增强绝缘强度,以免雷击损坏事故的发生。由于大跨度杆塔的档距大,地势较高,也是线路耐雷薄弱环节,对此在线路设计时应提出加强防雷的保护措施,以提高线路的耐雷水平。
2.投运线路的防雷保护措施
(1)架设屏蔽
输电线路的变电所进出段上架设避雷线,其主要作用是减少雷电直击导线。从投运线路杆型来看,其杆型是套用标准设计的,这在多雷活动区其保护角一般偏大,屏蔽性能相对较差。为此,对已投运线路可在杆塔顶端加装屏蔽针,以加强塔头的屏蔽保护作用。对转角杆塔,其转角外侧跳线也应加装横向屏蔽针进行保护。同时对加装屏蔽针的杆塔,还要注意降低杆塔的接地电阻(R<10Ω)
(2增加分流
输电线路的杆塔若遭受雷击,入地雷电流将在塔身与接地电阻上产生高电压,若增加分流可减小杆塔的反击电位。增加分流措施:一是加装耦合地线,其作用是增加分流和增大地线与导线的耦合系数。运行经验表明,耦合地线作为防雷措施是有效的,但对加装耦合地线的终端杆塔,特别要通过采用有效措施来降低接地电阻,否则防雷效果欠佳。二是铺设延伸接地体。运行实践表明,延伸接地体可起到增加地下散流,对导线又有耦合作用,因而可减少雷电的反击几率。三是降低杆塔的接地电阻。因杆塔的接地电阻与塔顶电位直接相关,按规程要求,一般地区杆塔的接地电阻应不大于10Ω,对于高电阻率土壤地区也不宜大于20Ω。
(3)线路要保持应有的绝缘水平。
各种电压等级的线路,保持应有的绝缘水平是电网安全运行的基础。为此,对已投运的线路也要进行必要的检查和测试,使之保持线路的绝缘性能良好,以利电网的安全运行。其措施:一是加强绝缘子质量的全过程管理,确保挂网运行绝缘子的质量良好。二是加强对挂网运行绝缘子的零值检测。三是及时更换挂网运行中的劣质绝缘子。四是对雷电活动强烈而时有造成线路跳闸频繁的杆塔,可适当增加绝缘子的片数,以提高承受反击电压的能力。
三、结束语
电网防雷成效是电力行业多举措防雷保护的缩影,也是芸芸众生善享灿烂光明的重要砝码。为此,在掌握雷击闪络机理后,才能有的放矢地强化防雷耐雷的素质,并能以科技之魂引领电网的防雷措施。
鉴于电力防雷的特殊性,因而可通过信息监测掌握雷电活动的踪迹。除开展常规的防雷设备检测外,还要进一步建立电力与气象的防雷合作机制,发挥电力防雷定位信息系统和气象雷电预报的优势,使之能有效防雷耐雷,从而增强电网防御雷击的能力,既在雷鸣电闪之时,电网安然无恙。