10kV 及以下配電網裝置的防雷接地研究

高志強

(北京恒華偉業科技股份有限公司)

0 引言

隨著人類社會的進步, 社會與電力的聯系更加緊密, 人們對供電的可靠性要求越來越高, 電力電氣設備的可靠性逐步增加, 電網運行過程中的操作失誤也呈減少的趨勢, 因此由雷擊引起的電網故障次數和危害性超過操作過電壓, 成為影響電網安全可靠運行的主要原因之一。在自然條件惡劣的地區, 受雷電活動的強烈的地形等影響因素, 雷擊輸電線路引起的事故率更高。由于架空線路是直接暴露于環境中, 其所經地形也復雜多樣, 加之輸電線路一般距離較遠, 因此極易受到外界的影響和損害。雷電直擊架空線路或者雷擊桿塔和架空線附近大地時, 都會在輸電線中產生很高的過電壓, 從而引起線路開關跳閘, 更有甚者,過電壓將導致線路電氣設備原件的損壞, 致使供電中斷甚至系統瓦解等惡性停電事故。對于高壓輸電線路, 尤其是110kV 及以上的高壓架空輸電線路, 由于線路絕緣水平相對較高, 雷擊線路附近時產生的感應雷過電壓對線路正常運行的影響并不大; 對于中低壓輸電線路, 尤其是10kV 配電網線路, 由于絕緣水平較低, 受雷電感應過電壓的影響較大。雷擊事故嚴重影響了供電可靠性, 而由感應雷引起的跳閘事故的已經成為危害10kV 配電網輸電線路的主要原因。

1 雷電的危害

1.1 雷擊中導線

在雷擊線路時, 雷電會通過導線對電氣設備造成破壞, 因此必須要做好防雷工作。根據《電力安全工作規程》可知, 輸電線路遭受雷擊的概率大約為10%。在實際工作中, 雷擊主要分為直擊雷和感應雷。其中直擊雷的危害較小, 而感應雷則會導致配電網裝置跳閘、停電等現象。根據《電力安全工作規程》可知, 對于10kV 及以下配電網裝置, 當直擊雷發生時, 雷擊線路會在10kV 及以下配電網裝置的中性點處產生過電壓, 并且會造成10kV 及以下配電網裝置內部絕緣體擊穿。由于在雷擊中導線的同時也會將雷電中所產生的能量傳遞給配電變壓器和低壓斷路器, 所以當配電變壓器和低壓斷路器受到雷擊時, 會導致其故障跳閘、停電等現象。根據實際工作經驗可知, 10kV 及以下配電網裝置遭受雷擊時, 由于雷電能量較小、反擊電壓較高, 因此可能只會對配電變壓器或低壓斷路器造成破壞。對于10kV 及以下配電網裝置而言, 當遭受雷擊時并不會導致整個配電網絡的故障跳閘、停電等現象。然而如果雷電擊中導線時,會造成其感應過電壓與反擊電壓。在這一過程中會對線路絕緣體造成破壞, 從而導致10kV 及以下配電網裝置內部設備跳閘、停電等現象。

1.2 避雷器

避雷器是10kV 及以下配電網裝置中的一種電氣設備, 主要作用是防止雷電過電壓對10kV 及以下配電網裝置中的電氣設備造成破壞。避雷器是由金屬氧化物避雷器與空氣間隙組成, 其主要作用就是為了防止10kV 及以下配電網裝置內部電壓過高而出現閃絡。在避雷器的工作過程中, 其主要由引弧棒、氧化鋅避雷器以及絕緣子組成。其中引弧棒與氧化鋅避雷器主要由金屬氧化物組成, 而引弧棒則是由金屬氧化物構成。在10kV 及以下配電網裝置中, 一般會采用絕緣子串將引弧棒與氧化鋅避雷器與10kV 配電變壓器連接起來, 從而保證10kV 及以下配電網裝置的安全穩定運行。而在避雷器中, 一般會采用氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器耐壓值在250kV 左右, 而氧化鋅避雷器的額定電壓則在600kV 左右。在10kV 及以下配電網裝置中, 一般會采用真空斷路器進行保護, 從而防止出現10kV 及以下配電網裝置內部電氣設備遭到破壞。避雷器能夠有效的降低10kV 及以下配電網裝置中的雷擊跳閘次數, 從而減少雷擊造成的損失。而一旦配電變壓器受到雷擊破壞時, 會導致整個10kV 及以下配電網裝置受到損壞。

1.3 低壓斷路器

在10kV 及以下配電網裝置中, 低壓斷路器的使用最為廣泛, 其能夠有效避免雷擊、操作失誤等現象, 對10kV 及以下配電網裝置的安全運行起到了重要作用。10kV 及以下配電網裝置中的低壓斷路器主要有以下幾種類型: 首先是滅弧型斷路器, 這種斷路器具有較高的滅弧能力, 因此能夠在很大程度上降低雷擊對10kV 及以下配電網裝置的破壞, 并且在長時間運行后可以自行恢復正常。其次是限壓型斷路器,這種斷路器具有較強的限壓能力, 能夠有效避免因操作失誤而導致線路跳閘現象。最后是隔離型斷路器,這種斷路器具有很強的隔離能力, 能夠在很大程度上避免雷擊對10kV 及以下配電網裝置的破壞。低壓斷路器在防雷接地方面所起到的作用非常大, 因此必須要對低壓斷路器進行合理選擇和安裝, 從而避免雷擊對10kV 及以下配電網裝置造成破壞。

2 防雷接地技術

配電網防雷接地技術, 是指在配電網線路和設備中設置避雷針、避雷線、避雷器等防雷裝置, 使配電網線路和設備不受雷電過電壓的損害。在這一背景下, 在進行配電網防雷接地工作時, 必須要考慮到雷電對配電網的影響和危害, 盡可能降低雷電對配電網運行質量產生的影響。然而, 如果雷電活動過于頻繁, 其危害是巨大的。在這一背景下, 配電網運行必須要做好防雷接地工作, 以降低雷擊對配電網造成的影響和危害。而為了做好配電網防雷接地工作, 可以根據不同的區域選擇不同的防雷技術。在這種情況下必須要做好避雷針和避雷線的設置工作。通常而言,避雷針和避雷線主要是對雷電活動進行屏蔽。而在進行10kV 及以下配電網裝置防雷接地工作時, 其主要是采用接地技術和防雷技術相結合的方式來開展。在實際操作中, 必須要綜合考慮到配電網線路和設備所處位置等實際情況來進行防雷接地技術的選擇。在10kV 及以下配電網裝置線路上安裝避雷器和避雷針。這種方式主要是在配電變壓器等設備上安裝避雷器和避雷針。這種方式主要是在配電變壓器等設備上設置接地裝置, 以降低雷電對配電變壓器等設備所產生的影響。將10kV 及以下配電網裝置中的配變與線路的低壓側連接起來, 使低壓側產生接地網絡。

圖1 10kV 配電網新型地電位帶電快速搭接引線裝置搭接火線夾

3 避雷器的安裝

3.1 避雷器的保護范圍

避雷器是一種用于保護10kV 及以下配電線路的裝置, 其主要作用是防止雷電侵入配電線路中, 進而保證配電線路正常工作。避雷器的保護范圍主要包括以下幾個方面: 第一, 避雷器的安裝位置必須確保其位于配電線路的中間位置, 以此來避免雷電沿著配電線路侵入到配電線路中, 進而保證配電線路安全; 第二, 避雷器的保護范圍還必須確保其位于配電線路的下方位置, 以此來避免避雷器受到雷擊影響; 第三,在避雷器的安裝過程中, 還必須確保避雷器與其他設備之間沒有任何接觸, 以免對設備造成損害。為了確保避雷器能達到最好的保護效果, 必須嚴格按照以下幾個步驟進行操作: 首先, 在安裝避雷器前必須確保其處于正常狀態。其次, 在避雷器安裝前還必須確保配電線路周圍環境穩定。此外, 還需要對配電線路附近是否存在其它物體進行檢查。最后, 在安裝避雷器后還應對其進行定期檢查和維護。隨著我國經濟水平不斷提高和科學技術水平不斷提升, 我國配電網設備質量也得到了有效提升。但需要注意的是, 配電網設備依然存在一定缺陷和不足之處。其中比較常見的缺陷和不足有以下幾個方面: 第一, 配電網設備本身存在問題。由于配電網設備質量較差或運行環境較差等原因的影響, 會導致其存在一定缺陷和不足之處。第二, 配電線路發生故障或出現異常狀況時不能及時被發現。當出現此類問題時往往已經造成較為嚴重的損失。第三, 配電網設備安裝存在缺陷。由于配電線路運行環境比較惡劣或者安裝位置不合理等因素影響,會導致配電線路無法正常工作或出現異常狀況時不能及時被發現等問題。對此必須加強對配電網設備質量的管理和維護工作。

3.2 避雷器安裝位置與避雷器安裝高度

在10kV 及以下配電網裝置中, 避雷器安裝位置主要是根據其安裝高度而定。按照我國相關標準,10kV 及以下配電網裝置中的避雷器安裝高度在2.2m到4.3m 之間, 主要是為了保證避雷器的有效運行。此外, 根據我國相關標準, 避雷器安裝高度還需要滿足以下幾點要求: 第一, 當避雷器與配電網之間的距離在50m 以內時, 避雷器要保證與配電網平行; 第二, 當避雷器與配電網之間的距離在50m 到100m 之間時, 避雷器要與配電網垂直; 第三, 當避雷器與配電網之間的距離在100m 到200m 之間時, 避雷器要與配電網平行; 第四, 當避雷器與配電線路垂直時,其安裝高度要根據配電線路的實際情況而定。此外,根據我國相關標準, 在配電線路上安裝的避雷器必須保證其能夠承受雷電流沖擊。目前, 在我國10kV 及以下配電網裝置中的避雷器布點主要是采用三種形式: 第一種形式是三個或三個以上的避雷器并列安裝; 第二種形式是單個或者是多個避雷器單獨安裝;第三種形式是單個或多個避雷器單獨安裝。其中前兩種安裝方式的防雷效果相對較好。在我國10kV 及以下配電網裝置中的單相接地故障通常屬于相間短路故障, 而相間短路故障往往會引起兩相甚至是三相電力系統出現故障。如果雷電直接擊中10kV 及以下配電網裝置中的任一相導線或者是在單相接地故障中形成過電壓時, 都會造成相間短路故障。因此, 為了避免線路跳閘情況出現, 應該將10kV 及以下配電網裝置中的單相接地故障定位為相間短路。

圖2 10kV 配電網新型地電位帶電快速搭接火線夾結構

3.3 避雷器接地方式

在10kV 及以下配電網裝置中, 避雷器接地方式主要有兩種, 分別是集中接地方式和分散接地方式。在這兩種接地方式下, 避雷器都會發揮出自身的作用, 但是對于接地電阻的要求也有所不同。集中接地方式要求避雷器與配電線路之間的距離保持在10m左右, 同時避雷器與配電線路之間要有3m 以上的距離。此外, 為了避免雷擊事故的出現, 在10kV 及以下配電網裝置中還需要安裝避雷器保護器, 以使其能夠順利進入保護范圍。同時, 為了使避雷器與配電線路之間的距離達到要求, 還需要對配電網進行改造。需要注意的是, 在10kV 及以下配電網裝置中應用分散接地方式時, 由于接地網面積較大, 因此需要選擇合理的接地裝置來連接避雷器和配電線路。此外, 為了使10kV 及以下配電網裝置中避雷器接地電阻符合相關要求, 還需要對避雷器的接地電阻進行檢測。如果需要安裝多個避雷器或配電線路時, 可以選擇架空避雷線來連接每個避雷器或配電線路。此外, 為了確保避雷器能夠正常發揮作用, 還需要對其進行定期檢測。

4 接地電阻的選擇

接地電阻是10kV 及以下配電網裝置防雷接地工作中的一個重要參數, 在配電網運行過程中, 接地電阻的選擇直接影響著10kV 及以下配電網裝置防雷接地效果, 因此必須要嚴格按照《架空輸電線路運行規程》中的相關規定來選取接地電阻。在接地電阻選擇過程中, 應當結合當地環境和實際情況來合理選取。對于10kV 及以下配電網裝置而言, 其防雷保護措施通常分為兩種類型, 一種為避雷線, 一種為接地網。在10kV 及以下配電網裝置中, 當雷擊發生時, 避雷線主要起到對雷電流進行分流的作用, 其對雷擊跳閘率的影響并不是很大。而對于接地網而言, 其主要用于將雷電流引入到大地中。通過接地網進行接地時,雷電流可以迅速釋放到大地中去。在實際情況中, 接地電阻主要受到土壤電阻率的影響, 如果土壤電阻率較低, 那么接地網的接地電阻也會較小; 相反, 如果土壤電阻率較高, 那么接地電阻就會很大。對于10kV 及以下配電網裝置而言, 其通常采用的是TN-S接線方式。在這一接線方式下, 避雷線與接地網之間通過耦合連接的方式進行連接。其中避雷線主要起到對雷電流進行分流的作用, 而接地網主要起到對雷電流進行分流的作用。如果土壤電阻率較高, 那么接地網中的電流也會相對較大。因此在接地電阻選擇過程中, 應當綜合考慮土壤電阻率以及接地網接點情況等因素來合理選取接地電阻值。

5 結束語

綜上所述, 為了確保我國電力能源能夠穩定供應, 就必須要加強對10kV 及以下配電網裝置防雷接地工作的重視, 這也是促進我國電力能源可持續發展的重要舉措。在具體工作開展過程中, 相關人員應當結合當地實際情況, 根據10kV 及以下配電網裝置防雷接地中存在的問題進行分析, 并根據問題提出相應解決措施, 從而確保10kV 及以下配電網裝置防雷接地工作質量, 為我國電力能源穩定供應奠定堅實基礎。