基于10kV配电线路防雷技术仿真的研究

基于 10kV配电线路防雷技术仿真的研究

王海洋

国网山东省电力公司费县供电公司 山东省临沂市 273400

摘要：配电线路是电力系统与电力用户直接相连的重要环节,点多线长面广,运行环境复杂。随着国家电网对优质服务、供电可靠性要求的提高,对配网线路管理水平的逐步加强,10kV配网线路的安全可靠程度直接关系到电力系统的发展和正常运行。就目前的情况看,10kV配电线路承担着为我国大多数电力用户供电的重任,但因线路防雷措施缺乏,因雷击所导致的故障发生率较高。如未对故障进行处理,大幅增加电力企业的运行成本。可见,为提高10kV配电线路供电的可靠性及安全性,有必要对防雷技术的应用方法进行探讨。

关键词：10kV；配电线路；防雷技术

110kV配电线路雷击原因分析

1.1自然环境因素

10kv配电线路结构十分复杂，应用范围十分广泛，无论是在城市地区、山区还是农村荒野，天气、环境、地形及周围条件对配电线路的安全运行都有一定的影响。由于配电线路所处的环境不同，雷击现象和程度也不同，因此防雷措施也不尽相同。雷电是天然产物，10kv配电线路在雷雨季节易受强雷电影响，电缆故障时有发生，不易修复，影响10kv电网的安全稳定运行。

1.2配电线路设备质量因素

目前，我国大部分10kV配电线路所配备的防雷设备较少，能够承受低电压、低绝缘水平。由于有关部门提供的防雷资金极其有限，即使安装了相应的防雷设备，也采用了成本低、质量一般的避雷器。也就是说，避雷器只安装在重要线路上。虽然两者都能在一定程度上减少雷害的发生，但都有很大的局限性，不能有效地降低雷害的发生率。

1.3日常管理和维护因素

由于10kv配电线路直接面向广大用户，占地面积广，运行线路复杂，分支多，线径长。因此，有必要对安装在配电线路上的防雷设备进行相应的维护保养，及时更换和修理一些老化损坏的电线和避雷器。但事实上，由于相关人员的疏忽，往往无法及时发现问题，而是等到故障修复，给人们的生活造成不必要的影响。此外，部分用户用电室破旧，存在安全隐患，设备落后，缺乏专人日常管理和维护。因此，一旦发生故障，很容易造成用户所在的10kV电力线路跳闸。

210kV配电架空线路防雷具体措施

2.110kV配电线路各系统仿真模型

(1）配电线路杆塔模型。配电线路比较常用的配电线杆塔模型有3种：波阻抗模型、多波阻抗模型、电感模型。本文研究相关的10kV配电线路，由于考虑到杆塔的高度h都不高于40m，因此本文采用相对简单的集中电感模型。

(2）雷电流模型。雷电流模型采用ATP-EMTP中的Heidler指数模型来模拟，雷电流设置为2.6/50μs，幅值可随10kV架空线路防雷仿真的需要进行动态调整。

(3）绝缘子闪络模型。在ATP-EMTP仿真中，通常采用压控开关来模拟杆塔绝缘子闪络模型。线路绝缘子釆用针式P-15型，其冲击击穿电压为200kV。

2.2提高配电线路的绝缘水平和加重局部绝缘

10kV配电线路的架设范围较广,因此,会面临着复杂的地质形态和多变的环境因素。这些因素的共同作用,会加速线路的老化,降低绝缘水平,从而达不到理想的防雷效果。而10kV配电线路的绝缘水平和防雷效果之间是成正比关系,配电线路的绝缘水平越高,防雷效果的程度也就越好。因此,提高线路的绝缘水平是必要的。比如,可以将配电电网中的导线更换为绝缘导线,提升绝缘子的绝缘性能等。同时,为了降低线路造价,可采用架空绝缘导线加强局部绝缘的方式,即在绝缘导线固定处加厚绝缘,使放电只能从加强绝缘边沿处或者是击穿绝缘皮后击穿导线,大大增加线路的击冲放电电压。使用上诉方法,能够有效地减少相关风险发生。

2.3重点消除接地故障

导致10kV配电线路接地的原因,与线路避雷器、绝缘子被击穿有关。实践经验显示,接地故障一般以绝缘层、瓷瓶烧坏为主。此外,如避雷器、瓷瓶表面存在污秽,爬电距离不足,同样容易产生局部放电现象,导致闪络问题出现,增加击穿以及线路接地的风险。针对该问题,有关人员应确保避雷器、瓷瓶表面清洁,积极预防闪络,避免10kV配电线路因雷击而发生故障。需注意的是,由雷击所造成的过电压是导致避雷器被击穿的主要原因。有关人员应通过使用新技术材料的方式,对过电压进行预防,重视线路避雷器周期性防雷预试,达到降低避雷器故障以及10kV配电线路故障发生率的目的。

2.4改进防雷设备

在进行10kV配电线路的改造时,需要将防雷设备的改造纳入其中,确保防雷设备的改造有计划且规范地进行。对于绝缘子改造而言,可以选用支柱式绝缘子,提升绝缘子的质量,从而增强10kV配电线路的绝缘能力;对于导线改造而言,可以采用安普线夹作为导线连接器,提升10kV配电线路的安全性,施工人员还可以在架空的绝缘线处安装防弧金具,避免工频短路或者过电压电弧损坏导线,造成断线事故的出现;对于防雷装置改造而言,可以选用带脱离式氧化锌避雷装置,该设备具有较好的导雷与过电压效果,而且该设备接地故障时可以自动断开与线路的连接,可以提升10kV配电线路的非线性保护能力,有效保障10kV配电线路的安全,减少线路因为感应雷而发生故障的概率,所以供电企业可以在雷电高发地区安装适当档距的氧化锌避雷装置,保障10kV配电线路不会受到感应雷的危害。另外,施工人员还可以应用屏蔽分流线提升线路的防雷效果,屏蔽分流线可以有效减小线路的接触电压以及跨步电压,将电力系统的电气设备可靠地连接在一起。

2.5安装线路过压保护器

线路过压保护器,就是将放电间隙和氧化锌连接起来,可以截断工频电流,从而限制被雷电击过的电压。假设避雷器是处于正常工作状态下,则其无需承受工频电压,这样不容易造成线路损耗,对延长其使用寿命十分有利。为使过压保护器装置在恶劣天气中也能正常运行,在安装方式上,需要相关人员具体研究分析,格外的注意。而线路过压保护器也不会对线路安全运行有负面影响,因为其自身就具有良好的隔离性。

2.6降低设备接地电阻

接地电阻超标是导致10kV配电线路遭遇雷击损坏的主要原因。不同设备对接地电阻的要求不同。按照架空配电线路及设备运行规程要求,容量100kVA及以上的变压器其接地装置的接地电阻不应大于4Ω,每个重复接地装置的接地电阻不应大于10Ω;容量为100kVA以下的变压器,其接地装置的接地电阻不应大于10Ω,且重复接地不应少于3处。柱上开关、隔离开关和熔断器的防雷装置,其接地装置的接地电阻不应大于10Ω。接地引下线与接地装置应可靠连接。因此,为预防雷击,对接地电阻超标的问题进行处理是关键。导致接地电阻超标的原因较多,土壤电阻率、接地体氧化腐蚀、接地连接不可靠均为导致上述问题出现的关键原因。配网管理人员可通过新接地安装技术、预防腐蚀、接地检查维护等方式,达到降低设备接地电阻的目的。例如:10kV配线线路处于山区,土壤为松沙石。受腐蚀问题的影响,杆塔的接地电阻极容易增大,且容易失去接地。针对此类问题,应采用镀铜接地极垂直焊接等方式改造,达到降低接地电阻的目的,提高10kV配电线路运行的安全性。

结论

综上所述,通过对10kV配电线路故障问题的分析,可以明确线路运行过程中容易出现的问题以及造成影响。在此基础上,采取有针对性的运行管理方法,采取有效的运行检修技术,可以及时发现故障问题,消除事故隐患。此外,通过采取有效的防雷对策,使用新型防雷装置,并加强对防雷装置的维护管理,可以提高线路运行的安全性。

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