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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:4348
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

输配电线路接地电阻对防雷技术影响分析

2020-07-17 15:19:48 产业经济 吴龙辉
资料简介

摘要:鉴于我国基本国情与能源发展现状,中国能源资源与负荷中心呈逆向分布,因而建成的高压及超高压线路输送量大、跨度长,跨越地区大都气候多变,地形复杂,对防雷技术有着很高的要求。 2019年一、二季度,全国用电量 3.398万亿千瓦时,同比增长 5.0%, 2019年 7月中东部地区用电更是连创新高,持续增长的高负荷与季节性雷暴天气影响,给电网运行维护带来了极大挑战。为尽可能消除雷电给输配电线路带来的负面影响,除了预先在杆塔装设避雷线负角运行外,还可以设置线路避雷器限制过电压,安装接闪器承载直击雷放电,通过技术手段尽可能减小接地电阻等。

输配电线路接地电阻对防雷技术影响分析

吴龙辉

国网河北省电力有限公司威县供电分公司 河北邢台 054700

摘要:鉴于我国基本国情与能源发展现状,中国能源资源与负荷中心呈逆向分布,因而建成的高压及超高压线路输送量大、跨度长,跨越地区大都气候多变,地形复杂,对防雷技术有着很高的要求。2019年一、二季度,全国用电量3.398万亿千瓦时,同比增长5.0%,2019年7月中东部地区用电更是连创新高,持续增长的高负荷与季节性雷暴天气影响,给电网运行维护带来了极大挑战。为尽可能消除雷电给输配电线路带来的负面影响,除了预先在杆塔装设避雷线负角运行外,还可以设置线路避雷器限制过电压,安装接闪器承载直击雷放电,通过技术手段尽可能减小接地电阻等。

关键词:输配电线路;接地电阻;防雷技术;影响

1雷击对电力系统的危害与作用机理

1.1对输配电设施的物理损坏

由于电气装置和电子元器件对电磁场、热效应以及强电流敏感性,输配电设施在遭受雷击时会受到多方面的损坏:(1)雷击瞬间释放的热量会造成线路断线、电力设施的金属材料熔断。(2)雷电的瞬时高压会击穿输电线路与电力设备的绝缘保护而引发电气火灾,同样会给输配电设施造成物理损坏。这些损坏对于输配电设施都是永久性损坏。瞬时性故障主要是指由雷电引起的绝缘子表面闪络、线路对树枝放电、大风引起的短时碰线、通过鸟类身体的放电等原因引起的短路。瞬时性故障由继电保护动作断开电源后,故障点的电弧自行熄灭、绝缘强度重新恢复,故障自行消除,线路断路器自动重合闸恢复正常供电。

1.2影响电力系统运行稳定性

雷电产生的电磁场会干扰电气线路、电力设备的正常运行运行,雷击产生的感应过电压会造成电力设备、监测装置等的绝缘性能劣化,导致其运行稳定性下降。雷击引发的过电流也可能会触发电力系统的继电保护装置,发生停电跳闸事故,会给电力用户带来较为严重的损失。因此,雷击事件对输配电网络的运行会产生多方面的不利影响,应在设计规划过程中合理的利用防雷设计技术,降低雷击事件发生的概率。

2接地电阻对防雷水平的影响

接地电阻分为工频接地电阻和冲击接地电阻,当线路遭受雷击后,冲击电流流入地中,在接地体周围形成局部火花放电,进而增大了接地体体积,故工频接地电阻往往大于冲击接地电阻。

大多数情况下,输电线路抗雷击能力均与杆塔工频接地电阻成反比关系,其原因是当接地电阻较大时,雷电冲击电流通过接地装置由杆塔流入大地会形成极大的电势差,对线路绝缘与设备造成破坏,因此,想要提高线路的抗雷击能力,针对接地电阻采取措施使其尽可能减小会有所帮助。

3降低接地电阻的主要措施

通常而言,接地体分为自然接地体与人工接地体。人工接地体更易采取改善措施,包含两部分,其中沿着水平面铺开建设的就是水平接地体,垂直于水平面建造的就是垂直接地体。

3.1水平接地网降阻方式

通过增加外延体数量与长度,可有效增大水平接地体接地面积,从而减小接地电阻,因此,杆塔的安装应尽可能考虑水平放射接地体的形式,同时,由于水平放射建造成本不高,所以在地形与施工条件允许的情况下应着重进行考虑。

3.2垂直接地体降阻手段

在装设接地网时,由于不同土质其电阻率不同,同一土质因湿度与温度变化其电阻率也存在着差异,此外,还应考虑地形地貌、可装设面积等因素。对于含水量丰富或因其他元素导致土壤电阻率较低的地区,应该充分考虑架设垂直接地体的必要性,与此同时,若因面积受限导致水平接地体无法达到预期的降阻效果,也应考虑垂直接地体的可行性。但这并不意味着垂直接地体的数量越多,深度越深,降阻效果越好。若单位面积内垂直接地体装设数量过多,降阻率将趋于饱和,其深度也应视实际地形土壤情况而定。

(1)使用降阻剂降阻。降阻剂是一种导电性良好的材料,将其灌注于接地体周围,可在渗透周边土壤后利用自身导电性良好的特性同步降低土壤电阻率,达到减小接地电阻的效果。此外,通过连接接地体与导电性得以改善的土壤,达到扩大散流面积的目的。此法适用于小型接地网或集中型接地网。

(2)运用降阻模块。由于降阻剂可能污染、腐蚀接地体,分布不均还会导致降阻效果不及预期等问题,故仍需通过其他方法得到进一步改善。降阻模块就是一种新解决方法,降阻模块是加入胶黏剂后通过物理方法将降阻剂与接地模块整合,由电导率高的金属引线将主地网与降阻模块结合起来,达到更为稳定的降阻效果。

(3)爆破接地技术。通过局部小规模爆破将土壤电阻率较高或岩石较多的地下空间腾出缝隙,再将低电阻率材料通过灌注填充缝隙,从而通过缝隙间的低电阻率材料将接地网与电阻率较低的土壤层或水层等形成接触,扩大了接地网的散流面积,有效降低了接地网电阻。

(4)采用新型材料。接地网长期遭受着复杂的气候、湿度、酸碱性不平衡等不同环境因素带来的腐蚀影响,因而采用导电性与耐腐蚀性较强的新型材料作为接地体从长远来看很有必要。纳米导电材料等新型材料具有极强的抗腐蚀能力与导电性能,例如,纳米导电精,其特殊的化学结构赋予了它可以通过化学键与金属紧密结合的能力,将这类新型材料结合现有技术在成本可控的范围内合理地进行运用,对接地体导电性能和抗腐蚀性的提高极具前瞻性。

4防雷技术的应用

4.1避开落雷密度偏大的区域

杆塔处于复杂的野外环境中,导致输电设备运行出现故障的原因以及故障的部位和形式极其繁杂,据电力运行部门提供的台账数据表明输电线路50%以上的事故都由雷击造成的。因此应基于前文所述对输电线路所处区域气象数据的分析,避免架空线路路径穿越地表水域、峡谷等高危地段。当输电线路经由平原与丘陵地带时,雷电会以直击雷的方式击中输电线路或基础设施造成输电线路反击,因此应在满足系统运行需求的前提下,尽量降低输电线路的冲击接地电阻。而在雷雨多发的山区,在避开落雷密度较大区域的同时,应通过安装避雷线提高输电线路的绝缘性能以减小被雷电绕击引发故障的概率。

4.2避雷保护系统设计

避雷线的主要作用是将因雷击放电产生的强电流引入地下,避免线路发生闪络和击穿绝缘子。为了保护输电线路免遭雷击,220~750kV线路应全线架设双避雷线。110kV线路可沿全线架设避雷线,在山区和强雷区应架设双避雷线。在中低压输电线路,在雷击事件发生概率较大的区间配备避雷线。同时,还需要在线塔顶部以及变电设施等处设置避雷针,将雷电过电流引向接地装置,泄放大地。对于雷害高发区,地闪密度较大,雷害情况严重等地区的高压架空输电线路还可采用单独设计引雷塔进行防雷,引雷塔塔头上的可控避雷针高出被保护物的突出地位,形成负保护角,将雷云放电通道引向自身,然后通过引下线和接地装置将雷电流泄入大地,引雷塔防雷效果好且保护范围大。

结束语

本文仅列举了部分现阶段已投入施行或试点的改良方法,影响接地电阻的因素有很多,对现有输配电网络进行大规模改良,是一个工作量庞大、时间跨度较长的大工程,而随着高新技术产业和高端制造业的蓬勃发展,电力供需形势逐渐趋紧,为保障电力系统的稳定运行,不仅要在电网的前期建设上做好工作,对于建设后期接地网的监测与检修任务也应提出高标准、高要求,为未来能源转型的加速推进做好充足保障。

参考文献

[1]谭胜淋.关于接地电阻阻抗特性的研究[J].电子产品世界,2019,26(05):61-64+68.

[2]赵迎刚.电力配电网的防雷接地设计相关问题的分析[J].城市建设理论研究(电子版),2019(07):2.

[3]陈光银.配电线路运行中的防雷措施应用[J].通信电源技术,2019,36(01):260-261.

[4]余振华.高压输电线路防雷措施分析及改进方法[J].低碳世界,2019,9(01):60-61.