（高电压与绝缘技术专业论文）10kv配电线路防雷措施研究.pdf

摘要 湖南地区1 0 k v 配电线路运行数据表明，1 0 k v 配电线路雷害事故频繁发生， 严重危害了配电网的供电可靠性和电网安全，影响人民群众的生产、生活用电。 因此，结合湖南地区l0 k v 配电线路运行与雷害发生情况，研究湖南地区l0 k v 配电线路的防雷保护措施具有相当重要的工程实际意义。 本课题在广泛收集长沙与衡阳这两个在湖南极具代表性的地区的l0 k v 配电 线路运行状况基础上，以3 条城乡结合部1 0 k v 配电线路作为主要研究对象，对 线路绝缘水平、线路形式以及雷害事故发生情况等资料进行收集，通过现场实验 调研得到了1 0 k v 配电变压器、柱上开关接地电阻和土壤电阻率参数，并进行绝 缘子冲击放电试验、架空绝缘导线绝缘击穿和绝缘子并联间隙击穿试验等实验室 试验，根据现场试验和实验室试验数据并结合理论分析与计算机仿真，分析研究 了湖南地区10 k v 配电线路雷害事故频繁发生的原因。 通过研究发现，湖南地区l0 k v 配电线路雷害事故主要由感应雷电过电压引 起，湖南地区lo k v 配电线路绝缘水平直接影响了配电线路的耐雷水平，架空绝 缘导线雷击断线的问题也同益突出，现有的1o k v 配电线路的中性点运行方式无 法有效的解决线路雷击建弧率问题，配电设备防雷保护措施不完善，上述问题造 成了湖南地区1 0 k v 配电线路较为严峻的防雷形势。结合湖南地区1 0 k v 配电线 路实际情况提出增强线路绝缘水平以降低线路闪络概率，架空绝缘导线雷击断线 的防护措施，采用合适的中性点运行方式降低配电线路雷击建弧率，采用带并联 间隙绝缘子与避雷器联合对1o k v 配电线路进行保护，制定了在不同线路形式与 网络结构下中性点运行方式和自动重合闸的投运准则，完善1 0 k v 配电设备的防 雷保护措施，结合湖南地区土壤电阻率情况提出切实可行的接地降阻方法。 关键词：l0 k v 配电线路耐雷水平雷击建弧率配电设备消弧线圈自动重合闸 a b s t r a c t 1o k vd l s t r l b u t i o nl i n e i nh u n a nd i s t r i c t s r u n n i n gd a t as h o wt h a t ， 10 k v d i s t r i b u t i o n1 i n e sl i g h t i n ga c c i d e n t sh a p p e n 行e q u e n t l y ， s e r i o u s l yj e o p a r d i z et h e r e l i a b i l i t y o fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n d p o w e rg r i ds a f e t y ，h a v i n gi m p a c t o n p r o d u c t i o na n dl i f e o fo r d i n a r yp e o p l e t h e r e f o r e ，i th a ss i g n i n c a n tm e a n i n gt o r e s e a r c ho nl i g h t n i n gp r o t e c t i o no fh u n a nd i s t r i c tc o m b i n e dw i t hp r a c t i c ec o n d i t i o n o fh u n a nd i s t r i c tt r a n s m i s s i o nl i n e s t h i st h e s i sb a s e so nw i d ec o l l e c t i o na n ds u m m a r i z i n go fo p e r a t i o nc o n d i t i o no f h u n a nd i s t r i c tt r a n s m i s s i o nl i n e s ，c h o o s et h r e eu r b a nl0 k vd i s t r i b u t i o nl i n e sa sa m a j o rs t u d y ，a n a l y z e si n s u l a t i o nl e v e lo fl i n e ，l i n e sf o r ma n dt h eo c c u r r e n c eo f l i g h t i n ga c c i d e n t sd a t ac o l l e c t i o n ，e t c b a s e do nt h ef i e l dt e s tr e s u l t so fe a r t h i n g r e s i s t a n c eo f1o k vd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r ，c o l u m ns w i t c ha n ds o i lr e s i s t i v e l y a n dt h ei m p a c to fd i s c h a r g et e s ti n s u l a t o r ， i n s u l a t e do v e r h e a dc o n d u c t o r sa n d i n s u l a t o r sb r e a k d o w ni n s u l a t i o nb r e a k d o w nt e s t g a pp a r a l l e ll a b o r a t o r yt e s t s ， a c c o r d i n gt o 矗e l dt e s ta n dl a b o r a t o r yt e s td a t ac o m b i n e dw i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i s a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o n a n a l y s i so ft h el0 k vd i s t r i b u t i o nl i n e si nh u n a nd i s t r i c t l i g h t i n ga c c i d e n tt h ec a u s e so ff r e q u e n ta c c i d e n t s f o u n dt h r o u g hr e s e a r c h ， 1o k vd i s t r i b u t i o nl i n e si nh u n a nd i s t r i c t l i g h t n i n g a c c i d e n t sb yi n d u c t i o no v e r - v o l t a g el i g h t n i n g ，h u n a nd i s t r i c tlo k vd i s t r i b u t i o nl i n e i n s u l a t i o nl e v e lo fd i s t r i b u t i o nl i n e sw h i c hd i r e c t l ya f 诧c tt h el e v e lo ft h el i g h t n i n g w i t h s t a n dl e v e l ，i n s u l a t e do v e r h e a dl i n ec o n d u c t o ro fl i g h t n i n ga r ea l s oi n c r e a s i n g l y p r o m i n e n tp r o b l e m ，t h ee x i s t i n g 10 k vd i s t r i b u t i o nl i n e so p e r a t i n gm o d eo ft h e n e u t r a lp o i n tc a nn o tb ea ne f f 色c t i v es o l u t i o nt ob u i l dl i n e sa r cr a t eo fl i g h t n i n g ， l i g h t n i n gp r o t e c t i o nm e a s u r e sf o rp o w e rd i s t r i b u t i o ne q u i p m e n ti m p e r f e c t ，c a u s e d b yt h ea b o v e - m e n t i o n e dp r o b l e m si nh u n a nd i s t r i c t10 k vd i s t r i b u t i o nl i n e so ft h e l i g h t n i n gp r o t e c t i o ns i t u a t i o ns e r i o u s c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n10 k v d i s t r i b u t i o nl i n e st oe n h a n c et h el e v e lo fl i n e si no r d e rt or e d u c et h el i n ei n s u l a t i o n f l a s h o v e rp r o b a b i l i t y ，i n s u l a t e do v e r h e a dl i n ec o n d u c t o r so fl i g h t n i n gp r o t e c t i o n m e a s u r e s ，u s et h ea p p r o p r i a t eo p e r a t i n gm o d eo ft h en e u t r a lp o i n to fd i s t r i b u t i o n l i n e st or e d u c et h er a t eo fl i g h t n i n ga r cb u i l t ，p a r a l l e lw i t hag a po fi n s u l a t o r sa n d s u r g ea r r e s t e r su n i t e dp r o t e c t i o nl0 k vd i s t r i b u t i o nl i n e ，d e v e l o p e di nd i f 托r e n tf o r m s o fn e t w o r ks t r u c t u r ea n do p e r a t i o nm o d eu n d e rt h en e u t r a lp o i n ta n da u t o m a t i c e n c l o s u r eo ft h eg u i d e l i n e s p u ti n t oo p e r a t i o n ，i m p r o v et h e10 k vd i s t r i b u t i o n e q u i p m e n tt ol i g h t n i n gp r o t e c t i o n ，c o m b i n a t i o no fh u n a nd i s t r i c ts o i lr e s i s t i v e l yo f t h eg r o u n ds i t u a t i o ni nap r a c t i c a lw a yt ol o w e rr e s i s t a n c e ，a sw e l la sm e a s u r e st o r e d u c et h eh u n a n10 k vd i s t r i b u t i o nl i n el i g h t n i n gt r i p - o u tr a t e 1 ( e yw o r d s ：t r a n s m i s s i o nl i n e s ；i i g h t n i n gw i t h s t a n dl e v e i ；i i g h t n i n gt r i p o u tr a t e ； d i s t r i b u t i o ne q u i p m e n t ；a r cs u p p r e s s i o nc o i l ； a u t o r e c l o s ec i r c u i tb r e a k e r l l l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：夕参日期：d 净5 月拗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 麓嗤 日期：o c 7 年6 月日 刷磴轹僻戈午醐一 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 随着经济社会的发展，人们对电能的依赖越来越强，对供电可靠性的要求越 来越高。配电网是直接向广大电力用户分配电能的网络，因而配电网的安全和供 电可靠性越来越受到重视。1 0 k v 配电网络由于网状的网络结构复杂、绝缘水平 较低，不但直击雷能造成雷害事故，且感应雷也能造成较大的危害。据统计，在 6 3 5 k v 电压等级的电网中，雷击跳闸率居高不下，且经常有柱上开关、刀闸、 避雷器、变压器、套管等设备在雷电活动时损坏，有些变电所在雷电活动强烈时， 所有1 0 k v 线路全部跳光【，l 。虽然经过农网和城网改造后状况有所好转，但在防 止雷害事故，特别是防止雷击跳闸事故方面并没有发生根本的好转。在雷电活动 频繁的地区，雷害事故仍经常发生，极大地影响了中压电网的供电可靠性，影响 了配电网的安全稳定运行。因此，对配电网的防护现状进行认真的分析和研究， 找出雷害事故频发的原因，找出配电网在防雷措施和防雷设备上存在的缺陷和不 足，提出改进和完善措施是非常有必要的。 1 2 国内外研究现状水平综述 长期以来，为了减少雷害事故的发生，提高供电可靠性，人们采取各种防雷 措施对配电线路进行保护。配电网绝缘水平低，雷害事故发生频繁，对配电网的 影响较大，随着人们对电力系统供电可靠性越来越高的要求，对电力系统防雷保 护的重视程度也越来越高，更多的新技术与材料也越来越广泛的应用于电力系 统。 一、避雷器的发展 按其发展历史和保护性能的改进过程，避雷器可以分为：放电间隙、管型避 雷器、普通阀式避雷器、磁吹避雷器、金属氧化物避雷器等。 避雷器早期使用最多的为放电间隙，至今人们还在一些地方使用着放电间 隙，但是结构在不断的改进，放电间隙存在的问题是不能自动熄灭工频续流电弧， 整个世纪以来，人们为了改进避雷器，在限制过电压和自动熄灭电弧这两方面不 断努力。 管型避雷器实际上是一种具有较高的熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间 隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，其工作就是隔离工作电压，避免产气 管被流经管子的工频泄露电流所烧坏t z ；另一个则装设在气管内，称为内间隙或 者灭弧间隙，管型避雷器的灭弧能力与工频续流的大小有关。 阀式避雷器主要由火花问隙和非线性电阻两部分串联而成，为了避免外界因 素的干扰，火花间隙和电阻阀片读被安置在密封良好的瓷套，在电力系统正常工 作时，间隙将电阻阀片和工作母线分丌，当母线上出现过电压且幅值超过间隙放 电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地【3 s 】。 普通阀式避雷器依靠问隙的自然熄弧能力，因此其灭弧能力不是很强，其次， 阀片通流能力有限，因此普通阀式避雷器只能用于雷电过电压防护，而不能用做 持续时间比较长的内过电压防护【7 j 。为了减小阀式避雷器的切断比和保护比，即 为了改进阀式避雷器的保护性能，人们在普通阀式避雷器的基础上，开发了一种 新的带磁吹间隙的阀式避雷器，简称磁吹避雷器，它的基本结构和工作原理与普 通阀式避雷器相似，主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能 力较大的高温阀片。 自从r 本学者1 9 6 7 年发现氧化锌压敏特性以来，具有优异伏安特性的金属 氧化物电阻片以及金属氧化物避雷器迅速发展。 国内专家关注氧化锌压敏特性源自上实际六七十年代，七十年代进行了大量 的科研基础工作，第一批会属氧化锌避雷器使用在海南谵洲地区的l0 k v 线路， 该地区具有湿热和多雷的特点，通过八十年代术期对避雷器的全面调查，氧化锌 避雷器全面取代碳化硅避雷器已成定局，氧化锌避雷器在八十年代中期被两部鉴 定为世界先进水平，而后国内金属氧化物避雷器的制造业迅猛发展，国内产品完 全占据国内市场，一些优秀的企业还迅速走向世界，九十年代中后期，线路避雷 器快速发展，我国是从19 9 3 年丌始研制和应用的。l9 9 5 年，淄博电业局与原电 力部中能公司合作，使用该公司生产的避雷器产生了较好的效果。 二、接地材料的发展 在接地电阻方面，人们采用了多种方法降低电阻，并采用了多种材料，作为 接地体，主要包括铜材、钢材、热镀锌材料等，主要目的是降低接地电阻，并防 止接地体腐蚀延长接地提寿命，铜材与热镀锌材料与钢材相比能比较好的解决接 地体腐蚀的问题，但是就成本而言要比钢材高很多，不符合技术经济比的原则， 且不能有效的改善周围土壤电阻率。为此，人们开发出了接地模块、离子接地棒 和降阻剂等材料，并在实际的工程应用中得到了广泛的引用【“。但上述新型材 料具有各自的优缺点。 接地模块主要采用低电阻率材料制成模块后埋入大地，其作用是扩大接地体 与土壤的有效接触面积，而且有的接地模块加如保水和吸水性材料后，能具有比 较好的保水性和吸水性，但是他不具有扩散与渗透作用，不可以有效的改善土壤 电阻率，其降阻作用受到一定的局限，只能作为辅助降阻的材料来使用。 离子接地棒是由若干带排泄孔的铜管组成，管内填充的晶体实际上就是无机 2 盐类，其降阻原理实质是就是靠无机盐类的析出、溶解、电离成可以导电的金属 离子，向土壤中的渗透以增加土壤中金属导电离子的浓度而改善土壤的导电性 能。实际上就是无机化学降阻剂。只是为了防止腐蚀，利用耐腐蚀的铜管做载体。 但电解地极法由于是每隔一定间隔才埋入一根电解地极，所以无机盐类的渗出是 不均匀的，无机盐类从铜管内析出、溶解、渗透到周围土壤中造成土壤中金属离 子浓度的不均匀性，形成了土壤中腐蚀电位的变化，易使连接电解地极的接地体产 生电化学腐蚀，如与变电站的钢接地体接触后会对原地网的钢接地体造成腐蚀。 降阻剂在接地中使用较多的产品，它能有效的防止接地体的腐蚀，并且能改 善周围土壤电阻率。但是降阻剂在实际的工程应用中确实存在有一系列的问题， 比如降阻剂的腐蚀性问题，降低接地电阻效果的问题，降阻稳定性问题，以及对 地下水资源的污染问题。这造成一些用户对降阻剂的应用产生了抵触情绪，有些 单位甚至下文规定不准使用降阻剂。这里大多是由降阻剂的产品质量引起的，也 有一些是由于使用方法不当造成的。但也有一些降阻剂的降低接地电阻效果和防 腐效果都很好，且性能稳定，寿命长，长期以来在接地工程中得到成功的应用。 三、配电线路防雷措施的发展 经过长期的不懈努力，我国电力部门在雷电观测、雷电形成机理研究及防雷 保护等方面已经取得了一系列科技成果。除金属氧化物避雷器外，越来越多的技 术也应用到电力系统的防雷保护中。 在配电网方面保护方面采用了多种降低雷害跳闸率事故，主要包括提高线路 绝缘水平、降低雷击线路建弧率、改善配电网中性点运行方式等方法【他】。 提高线路绝缘水平主要是通过更换以似冲击放电电压更高的绝缘子，或者是 采用架空绝缘导线来提高线路的绝缘水平，进而改善线路的耐雷水平m 】【i ，。 配电网中性点接地运行方式方面，则采用中性点不接地、中性点直接接地、 中性点经小电阻接地、中性点经消弧线圈接地等运行方式【”】。中性点不接地方式 指的是中性点对地绝缘、结构简单、运行方便，不需要任何的附加设备，适合与 l0 k v 架空线路长的辐射形或是树状的供电网，利用中性点经消弧线圈接地运行 方式，即在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈t 哺】，在系统发生单相接地故 障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流 减小到能自行熄弧范围【1 7 】l i s 】，其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可 带电运行两小时，对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障不会发展 成为相间故障，因此，中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大高于中性 点经小电阻接地方式1 1 9 1 1 2 们。 但是，从整体研究发展来看配电线路的防雷研究与输电线路防雷研究相比要 薄弱很多，雷害事故在配电网事故中占了相当大一部分比例，且随着电力系统的 发展，对配电线路供电可靠性的要求同样在提高，6 3 5 k v 绝缘水平较低，网架 结构复杂，需要对针对配电网防雷的特点提出更加切实可行的整体性防雷方案， 确保配电网稳定可靠的运行。 1 3 本课题主要研究内容 各国的雷电多发地区随各自的地貌、气象和地质条件而异。我国幅员辽阔， 不同地区的雷电活动相差较大，江湖流域、河谷平原及河谷瓮地等地区的平均年 雷暴同往往低于同纬度其他地区的数值。湖南长沙和衡阳一带属于洞庭湖和湘江 流域，地势低洼、丘陵众多，雷电活动数据低于同纬度其他地区的数值。这主要 是因这些地区受水面影响，使春术至初秋近地层气温偏低，不利于形成可产生强 烈对流运动的不稳定层结，从而使平均年雷暴同偏低，该地区平均年雷暴日在 6 0 天左右，据统计，湖南地区雷电活动强度居全国第6 位，属于强雷电活动地 区，雷电活动较为频繁，对配电网影响比较大。仅在衡阳地区，根据现场实际调 查得知由于雷害事故引起的配电网事故，占所有事故的比例为21 9 l ，且由于 雷击跳闸引起的配电网跳闸占跳闸总量的6 9 15 。 该项目的提出就是针对整个配电网雷害事故频发的原因进行系统全面的研 究，并结合现场调查研究的情况进行理论分析，找出配电线路中存在的防雷缺陷， 将输电线路中安装线路避雷器的方法引用到配电网的防雷中来，对配电线路中主 要设备的防雷保护等提出切实可行的措施，并提出相关的规范与标准。 4 第二章长沙与衡阳地区1o k v 配电线路运行状况 2 1 长沙地区1 0 k v 配电线路基本情况 长沙地区现有1 0k v 配电线路4 8 6 条，长度为2 6 5 0 1 8 6 千米，其中绝缘导 线7 9 7 5 6 2 千米；杆塔3 0 3 3 8 基；城区10k v 配电变压器9 9 7 3 台，容量为5 2 6 6 9 3 5 兆千伏安，其中公用配电变压器3 7 9 8 台，容量为1 4 7 1 10 5 兆千伏安，用户专用 及代维配电变压器6 1 7 5 台，容量为3 7 9 5 8 3 兆千伏安，公用室内配电间配电变 压器l6 2 台，容量为1 1 0 10 5 兆千伏安，箱式配电变压器5 7 0 台，容量为3 5 9 6 4 5 兆千伏安；柱上真空断路器2 2 台，柱上负荷开关7 7 0 台，其中分段开关5 8 l 台， 互联开关l8 9 台；城区l0k v 电缆线路31 4 2 条，长度1 1 2 4 4 5 千米，终端头6 2 8 4 个，中间头l6 0 2 个，分接箱1 2 3 个；城区lok v 配电线路互联率为7 4 4 9 ，城 区1 0k v 导线绝缘化率为7 2 5 2 ，城区1 0k v 电缆化率为4 2 4 3 ；城区l ok v 开闭所( 开关站) 3 4 9 座，开闭所( 开关站) 开关共2 4 0 3 台，开关无油化率为1 0 0 。 表2 1 长沙地区1 0 k v 配电线路情况总表 项目 总长度( 千米) 2 6 5 0 1 8 6 总条数( 条) 4 8 6 电缆化率( ) 4 2 4 3 架空线路长度( 千米) 15 2 5 7 3 6 其中：运行2 0 年以下( 条) 3 16 长度( 千米) 1 1 1 6 4 3 5 其中：运行2 0 年及以上( 条) 5 8 长度( 千米) 4 0 9 3 0 l 其中：裸线线路 3 2 5 长度( 千米) 7 2 8 1 7 4 其中：绝缘线路3 2 7 长度( 千米) 7 9 7 5 6 2 电缆长度( 千米) 1 1 2 4 4 5 其中：运行2 0 年以下( 千米) 3 1 3 4 2 3 其中：运行2 0 年及以上长度( 千米) 8 6 4 注：1 、总长度指架空线路长度与电缆长度之和。 2 、电缆化率指电缆长度与总长度的比值。 长沙地区配电设备跳闸次数5 6 4 次，其中外力破坏2 2 2 次，雷击3 0 次，自 然灾害4 8 次，设备本体1 18 次，用户影响4 7 次，其他因素( 查线无异常情况) 9 9 次。外力破坏造成的设备跳闸占全部设备跳闸次数的3 9 3 6 ，由于雷击、大风 暴雨等恶劣气候造成的非停占全部非停次数的1 3 8 3 ，由于设备本体( 瓷瓶、保 险、避雷器、电缆中间头等) 质量问题引起的设备跳闸占全部设备跳闸次数的 2 0 9 2 。 2 2 长沙地区1o k v 配电线路故障情况 长沙地区配电网2 0 0 0 一2 0 0 6 年配电系统发生的短路故障数据统计如表2 2 所示。表中单相即单相接地故障，跳闸即其他短路故障造成的速断跳闸。 表2 22 0 0 0 2 0 0 6 长沙地区配电网故障统计 城区故障统计城乡结合部故障统计 年份单相接单相故障比单相接地单相故障比 跳闸跳闸 地故障例 故障 例 2 0 0 08 62 4 02 5 5 2 4 68 0 92 3 3 2 0 0i7 419 52 7 5 l5 37 l81 7 6 2 0 0 26 82 4 62 1 6 1 4 06 4 61 7 8 2 0 0 38 02 7 62 2 5 9 03 9 71 8 5 2 0 0 4l l23 0 12 7 1 l2 84 3 92 2 6 2 0 0 51 l32 8 52 8 4 7 52 4 22 3 6 2 0 0 61 153 2 92 5 7 73 8 21 6 8 总计6 6 4l8 7 22 5 6 9 0 93 6 3 32 0 7 年间城区配网共发生单相故障6 4 4 次，跳闸故障l8 7 2 次，单相故障占全部故 障的2 5 6 ；郊县配网共发生单相故障9 0 9 次，跳闸故障3 6 3 3 次，单相故障占全部 故障的2 0 。为了分析故障的不同原因，将不同故障类型的故障原因进行分类， 主要包括瓷瓶、导线断线与电缆线路故障，试送成功主要包含瞬时故障情况下重 合闸动作成功、强送成功和查线无异常状况后试送成功3 种情况。如下表所示： 6 表2 3 长沙配电网故障基本情况 瓷瓶导线电缆试送成功次数试送成功比例 城城乡城城乡结 城 城乡城区城乡结合城区城乡结 年份 区部 区 合部 区 结合 部 合部 部 2 0 0 0155 472 25 1 1l8 4 5 3 77 6 7 6 6 3 8 2 0 0 143 572 718212 34 9 56 3 1 6 8 9 4 2 0 0 285 0l2 4 18 41 7 54 4 37 1 1 6 8 5 8 2 0 0 31 l2 542 02 43l5 73 0 65 6 9 7 7 0 8 2 0 0 4l85 662 52 4216 63 0 65 5 1 6 9 0 7 2 0 0 5 2 12 5884 0 5 1 9 41 5 76 8 1 6 4 8 8 2 0 0 61 32 981 53 482 2 02 7 96 6 9 7 3 0 4 由于长沙地处长江以南的亚热带地区，每年三四月( 第1 2 1 6 周) 随着梅雨季 节的来临将经历一段时间的突变气候，雷击现象频繁发生，故在此期间可能出现故 障率高峰时段，如2 0 0 6 年4 月1 1 日晚至1 2 同雷电在整个长沙地区造成了l5 6 条 配电线路故障。 长沙地区主要选取城南供电局管理的石岭线、大托线和机场线作为重要研究 对象。 机场线为总长度为1 5 8 千米，其中电缆线路3 6 千米，架空线路8 5 千米， 架空绝缘线路3 7 千米。石岭线总长度3 2 3 千米，其中电缆线路1 0 2 5 千米，架 空线路2 4 3 千米，架空绝缘线路6 9 千米。大托线总长度2 5 3 千米，其中电缆 线路1 2 千米，架空线路1 4 4 5 7 千米，架空绝缘线路9 6 7 8 千米。 2 0 0 7 年3 月2 3 日，大托线0 18 号至0 2 0 号杆塔雷击导线断线，自动重合闸 合闸动作不成功。 2 0 0 7 年6 月2 3 日，机场线0 8 1 号杆塔悬式绝缘子瓷瓶击碎6 片。 2 3 衡阳地区1o k v 配电线路基本情况 目前衡阳市配电线路总共1 3 4 条，总长815 0 3 8 千米，其中架空线路6 0 7 9 2 4 千米，占总线路长度的7 4 5 8 8 ，电缆线路2 0 4 1 1 4 千米，占总线路长度的 2 5 0 4 3 ，运行2 0 年以上的线路l7 条，总长l2 8 4 4 4 千米，占总线路长度的 】5 7 5 9 。 7 表2 4 衡阳地区线路基本情况表 线路雁峰石鼓 珠晖蒸湘总计 总长度( 千米) 2 4 5 6 91 7 4 6 42 0 5 1 91 8 9 5 28 1 5 0 4 总条数( 条) 3 63 82 23 7l3 3 土干线k 度( 千米) 8 2 6 l9 0 3 97 7 0 66 5 1 43 1 5 2 l 电缆总长度( 千米) 6 3 6 1l5 9 69 2 1 82 1 9 4 34 7 6 8 架空线路总长度( 千米) 1 9 8 0 l1 1 1 0 31 8 9 2 29 7 3 45 9 5 6 l 绝缘线总长度( 千米) 5 2 1 32 4 2 4 93 2 6 2 22 3 0 91 3 2 0 9 5 绝缘线路占总线路长 2 1 2 l 1 3 9 1 1 5 8 9 1 2 1 8 1 6 2 1 度百分比 衡阳市13 4 条线路中，有3 5 回10 k v 出线实现了互联，互联率达到2 6 1 ； 光辉变2 l 条，廖家湾变l6 条，岳屏变1 2 条，高兴变l0 条，三角塘变9 条，乌 鸡塘变9 条，雁峰变9 条，酃湖变7 条，狮子山变7 条，明翰变4 条，芙蓉开闭 所4 条，延安开闭所4 条，七里井开闭所4 条，蔡伦开闭所3 条，临江开闭所3 条，合湖开闭所2 条，工行开闭所2 条，常胜开闭所l 条。 配电变压器总共2 1 5 l 台，8 4 0 1 3 5 m v a ，其中公变1 1 8 7 台，4 5 0 8 4 m v a ， 专变9 6 4 台，3 8 9 2 9 5 m v a 。开闭所8 座，分支箱2 0 5 台，环网柜2 0 台，柱上开 关18 4 台。 在衡阳地区，我们选取了酃农线、鄙周b 线、三七线、东江线、酃冷线、 岳新线、乌黄线和狮桥线作为研究对象，并将酃农线、乌黄线、三七线、东江线 作为重点资料收集对象，我们对上述4 条线路一杆一卡资料进行了详细的收集与 整理。并对相关线路发生雷害故障设备前后杆塔资料进行收集，以便于事故的分 析。 以衡阳电业局江东供电局管辖的酃农线为例，该线路经过了重工业区、居民 区、商业开发区，是一条典型的城乡结合部线路，该线路是一条运行了2 0 年以 上的老线路，线路走廊原来是一个湖泊，后经人工改造填平，使线路走廊附近成 为一片开阔地，线路分支有8 个，供电半径大，分支馈线长。据统计，该线路已 成为衡阳地区遭受雷害事故最严重的线路之一。 衡阳地区配电网普遍采用中性点不接地方式运行，仅有一条配电线路配置了 消弧线圈，但并未投运，作为接地变压器使用。避雷器采用y h 5 w s 1 2 7 5 0 ，有 8 少量的专变上仍使用老式阀型避雷器，绝缘子主要采用p 1 5 、p 2 0 和x 4 5 三种绝 缘子，导线主要采用l g j 2 4 0 、l g j 1 2 0 、l o j 9 5 、j k l y j 2 4 0 、j k l y j 1 2 0 、 j k l y j 9 5 。在老化线路中还少量使用l g j 5 0 、l g j 3 5 ，个别老化线路中还有少 量杆塔使用木横担，其中以酃农线和东江线线路老化情况较严重。 衡阳地区配电网现有防雷配置方面。配电变压器高压侧进线段、断路器与柱 上开关进线侧均采用y h 5 w s 12 7 5 0 避雷器保护。配电变压器的避雷器、变压 器外壳和中性点采用“三点共地”方式。接地引下线采用4 0 5 或3 0 5 的扁铁( 最 初设计采用铜线作为接地引下线，但因偷盗现象严重更换为扁铁) ，底部采用螺 栓连接。 同杆多回路架设现象严重，狮桥线、师大线等线路同杆架设达到4 回，相与 相之间距离为o 8 米，回路与回路之间的距离为1 2 米，这样的线路形式虽然对 节约线路走廊，减少投资起到很大的作用，但是因为线路之间电气距离不够，在 一回线路遭受雷击后，容易使其他线路受到影响，影响供电可靠率。 电缆线路、环网柜、分支箱的运行环境恶劣衡阳市电缆入地工程大都在老城 区实施，地下管网较多，特别是下水道、化粪池无法避开，加上土建施工不到位， 城市里大部分的电缆沟都已经成了臭水沟，废水对电缆有腐蚀作用。2 0 0 1 2 0 0 3 年安装1 0 k v 岳石i 线、岳邮线的坏网柜、分支箱外壳和内部电器有很多已经锈 蚀。 衡阳市城配网现有开闭所八座，建成或改造的年限虽不久，基本在8 至9 年以内，由于设备档次较低，目前问题较多，突出表现保护不可靠，开关损坏多 等方面，给运行维护埋下了安全隐患。 管理方面，存在相关试验数据缺失，资金与人力配置不科学，配电设备偷 盗严重( 主要集中在接地引下线方面) 。 2 4 衡阳地区1 0 k v 配电线路雷害情况 衡阳地区配电网遭受雷害情况严重，见表2 5 ，从下表中可以看出，2 0 0 7 年 在衡阳地区由于雷害事故引起的停电达到2 1 9 1 ，严重的影响了配电网的供电 可靠性，其中以4 月、6 月和8 月最为严重，分别达到了8 2 3 4 、8 0 6 5 和5 6 7 1 。 其中，配电变压器因雷害发生事故5 次，断路器跳闸17 次，事故发生后， 经过现场调查后查无故障，根据现场判据判断为雷害事故有2 1 次，绝缘子爆炸 1 1 次，单相接地故障8 次，避雷器击穿1 7 次。配电变压器发生故障主要集中在 与配电变压器配套的绝缘子与避雷器发生事故，单相接地则是由于雷击造成闪络 和雷击导线断线引起，其中雷电过电压造成绝缘子闪络1 4 次，架空绝缘导线断 线4 次。由此，可以看出，衡阳地区配电网设备损坏主要集中在绝缘子、避雷器 和架空绝缘导线上。 9 表2 52 0 0 7 年衡阳地区雷害事故停电时间统计表 因雷害停电时间总停电时间百分比 2 0 0 7 年1 月9 8 1 8 3 0 2 0 0 7 年2 月 2 4 6 62 5 2 6 67 5 0 2 0 0 7 年3 月 l o 0 56 7 8 51 4 8 l 2 0 0 7 年4 月 2 8 6 6 6 43 4 8 1 6 7 8 2 3 4 2 0 0 7 年5 月 2 0 8 1 6 36 6 0 1 6 63 1 2 5 2 0 0 7 年6 月2 5 7 3 3 13 1 9 0 0 3 8 0 6 5 2 0 0 7 年7 月 l o 4 8 46 7 5 7 6 41 5 5 l 2 0 0 7 年8 月 6 1 2 8 31 0 8 0 5 55 6 7 l 2 0 0 7 年9 月 9 8 l35 0 2 6 61 9 8 1 2 0 0 7 年1 0 月 6 7 4 23 5 1 6 6 71 9 1 7 2 0 0 7 年1 1 月 3 9 3 5 0 l0 2 0 0 7 年1 2 月7 0 1 7 3 7 0 总计 l7 6 0 7 2 98 0 2 4 5 8 22 1 9 l 我们针对酃农线、酃周b 线、三七线、东江线、酃冷线、岳新线、乌黄线 和狮桥线8 条线路自动重合闸投运情况进行了总结，统计时间从2 0 0 5 年1 月至 2 0 0 8 年3 月，如上表所示。 从表2 6 的统计可以看出，上述线路因雷害造成的自动重合闸合闸成功率比 较高，总计达到了6 9 15 ，因此可认为衡阳地区配电网中因雷害造成的故障大 部分为瞬时性故障，例如绝缘子闪络这类型的故障，且该类型事故多发于每年4 月至8 月，从另一个侧面也反映，衡阳地区雷害多发段为每年的4 月至8 月。 表2 6 线路自动重合闸投运状况统计 线路名称 成功次数不成功次数成功率 酃农线 2 5107 1 4 3 三七线 8l8 8 8 9 酃周线 1 657 6 1 9 东江线 636 6 6 7 鄙冷线8 4 6 6 6 7 岳新线 ll5 0 乌黄线 846 6 6 7 狮桥线3 1 7 5 l o 2 5 本章小结 上述对长沙与衡阳地区配电网基本情况与故障统计分析可以看出，衡阳地区 配电线路总长为8 1 5 0 3 8 千米，其中架空线路为6 0 7 9 2 4 千米，占线路总长度的 7 5 5 8 8 ，电缆化率为2 5 0 4 3 ，其中运行2 0 年以上的线路占线路总长度的 l5 7 5 9 ；长沙地区配电线路总长度为2 6 5 0 18 6 千米，其中架空线路总长度为 5 7 5 7 ，电缆化率为4 2 4 3 ，运行2 0 年以上的线路占线路总长度的1 5 4 4 。 从上述对比可以看出，长沙地区配电线路总长度大于衡阳地区，电缆化率较衡阳 地区要高，但是根据上述两处电缆线路主要集中在城区，城乡结合部主要以架空 线路为主；在线路老化方面，长沙地区与衡阳地区老化线路在其线路总长度中所 占比例相差不大。 在配电线路雷害事故方面，长沙地区与衡阳地区发生的雷害事故中城网所占 比例非常少，主要是由于城市的高层建筑物对线路起到了有效的屏蔽作用，保护 了线路不会受到雷电过电压的影响，其次是电缆线路主要在城网中进行敷设，而 电缆线路受雷电过电压的影响较小，上述两个原因造成了城网线路雷害事故较少 的原因。在雷害发生时间方面，长沙与衡阳地区雷害事故发生主要集中在三月、 四月和八月三个月份，这与湖南地区地处洞庭湖和湘江流域，地势低洼、丘陵众 多的地形与气候条件是密切相关的。 在对配电网的运行维护方面，长沙与衡阳地区都没有制定任何运行规程，只 是在发生事故后进行检查并对损坏的设备进行更换。对重要的配电设备如配电变 压器、柱上开关等仅在一侧安装避雷器进行保护，而且在某些地区还存在使用老 式阀型避雷器的情况；在接地引下线方面没有采用统一规格，出现了扁铁、圆钢、 钢绞线等多种规格的接地引下线，且大部分接地引下线腐蚀严重，无法起到与接 地体有效连接的作用，接地引下线与接地体的螺栓连接处在调研中多次出现锈死 无法打开，或者是打开时出现断裂的情况。 从对长沙与衡阳地区配电网状况的资料收集上来看，上述两个地区在配电线 路防雷方面存在很多的问题，由此，我们针对上述问题，进行了现场调研试验， 并进行相应的实验室试验和计算机仿真。 第三章现场调研、实验室试验与仿真分析 3 1 现场调研 为了对湖南地区l0 k v 配电网线路进行了解和掌握现场资料与原始数据，我 们于2 0 0 8 年5 月对衡阳地区10 k v 配电线路进行了现场调研与试验，现场调研 与试验主要内容包括：配电变压器、柱上开关的接地电阻，配电变压器与柱上开 关等配电设备的防雷保护情况和接地引下线情况。现场试验重点放在酃农线、东 江线两条城乡结合部线路上，除此之外对城网的三松a b 线也进行了相关的调研 试验。 3 1 11o k v 配电变压器、柱上开关接地电阻测量试验 本试验采用三极法对衡阳地区东江电力局管理的酃农线、东江线两条l0 k v 线路上的部分配电变压器、柱上开关接地电阻值进行测量，确定其是否符合规程 中的规定。该试验应在晴天、干燥的天气下进行。采用测量设备为z b 2 9 c 一1 接 地摇表，导线若干。 对于酃农线、东江线两条10 k v 线路，只在变压器高压侧和开关的高压侧安 装了避雷器，为此我们分别对变压器和开关高压侧避雷器的接地电阻进行测量， 我们采用z b 2 9 c 1 型号接地摇表进行测量。测量接线图如图3 1 所示。其中所 用的电流线长为4 0 m ，电压线长为2 0 m 。现场试验接线图如下： 图3 11 0 k v 配电变压器和柱上开关接地电阻的测量接线图 试验数据记录如下： 1 2 表3 1 东江线配电变压器、柱上开关接地电阻 杆塔号配变容量 接地电阻( 欧) 合格率 拌0 0 4 3 一l1 0 0 k v a7 4 合格 撑0 0 7 3 48 0 k v