浅析35KV线路接地电阻与防雷

浅析浅析 35kv35kv 线路接地电阻与防雷线路接地电阻与防雷 摘要 摘要 本文介绍了宜宾芙蓉电力公司 35kv 供电系统的运行方式及线路特点 分析了 35kv 供电线路接地和防雷系统上存在的一些问题 论述了 35kv 线路接 地设计的必要性和接地装置的设计原则 阐述了接地电阻的降阻措施和如何提 高 35kv 线路的防雷措施 提出了使用 避雷器在线监测仪 技术方案的建议 通过避雷器在线监测仪的使用 不断掌握本地的雷电参数 输电线路的落雷次 数 从而有针对性地 逐步地完善 优化 35kv 供电系统的防雷体系 关键词 关键词 35kv35kv 线路线路 接地电阻接地电阻 防雷防雷 一 一 35kv35kv 供电系统概况供电系统概况 宜宾芙蓉电力公司供电系统 由宜宾供电局武家岩 110 35kv 变电站供电 通过 巡电东 344 巡电西 345 两条专线至电厂 35kv 中央变电站 又通过 35kv 中央变电站分别向 白皎变电所 杉矿变电所 红卫变电所 珙泉变电所 新林变电所供电 形成了以电厂 35kv 中央变电站 为中心的川煤芙蓉集团公司 珙县区域的供电网络 电厂 35kv 中央变电站已于 2007 年实现了微机综合自动 化系统改造 白皎变电所 杉矿变电所分别在 2010 2012 年也进行了微机综合 自动化系统改造 1 1 系统正常运行方式 系统正常运行方式 宜宾供电局武家岩 110 35kv 变电站 通过两台 40mva 变电器 分别以馈出开关 344 巡电东 345 巡电西 向电厂 35kv 中央变电站 母线供电 35kv 中央变电站为单母线系统 母联开关 300 断开 母线分段运行 形成 分别以白皎 杉矿 珙泉变电所进行的双回供电 红卫 新林变电所单回供电 的供电体系 武家岩 110 35kv 变电站内 两台供电变压器 35kv 侧的中性点采用经消弧线圈 接地 形成了 35kv 系统中性点运行方式为非直接接地系统 2 2 系统供电现状 系统供电现状 电厂 35kv 中央变电站向各变电所的供电线路和进线线路共 10 条 线路累计长 度约 80 km 主要以金属横担的砼杆为主的架空线路 线路主要按山地架设 约有 90 以上的送电线路经过山林地带 地形复杂 土壤电阻率高 接地电阻 难以达到规范要求 在历年的雷电季节常发生线路闪络 开关跳闸的事故 严 重影响了线路的安全可靠供电 通过对 2012 2013 年对 35kv 供电线路的地阻测 试和避雷器不合格率以及供电事故的统计 见下表 可见整个 35kv 线路接地系 统存在着极大的安全隐患 避雷器 2013 年的不合格率比 2012 年增加了 10 3 说明其中也一定存在着某种不正常的原因 供电线路接地不合格率 雷击事故次数占所有跳闸事故 次数 避雷器不合格率 2012 年2013 年2012 年2013 年2012 年2013 年 60 2 65 1 70 5 71 2 20 33 3 二 二 35kv35kv 供电线路存在的问题分析供电线路存在的问题分析 35kv 供电线路在每年的接地电阻测试中 不合格率成增长趋势 进而事故率增 加 说明整个 35kv 线路的接地系统和防雷体系存在着极大的问题 迫切整改 通过对每条线路的实际考察 现场勘探 从以下几个方面来分析问题的所在 1 1 客观存在的问题 客观存在的问题 1 在接地方面 由于线路主要是按山地架设 表层土质薄 下层为石灰页 岩 土壤电阻率高 对杆塔的接地电阻影响较大 有的部分杆塔所在地段基本 上全为岩石 交通又不便 在接地电阻装置设计 降阻方面存在很大的难题 2 在防雷方面 因大气雷电的随机性和复杂性 目前世界各国对送电线路 的雷害认识研究还有很多未知成分 再加上送电线路处于大自然之中 遭受自 然的破坏可能性极大 此外由于现在观测技术上的局限性 还无法准确测量和 捕捉到线路每一次被雷击的技术参数 比如对送电线路造成闪络或跳闸的主要 原因是反击还是绕击等问题 这此因素都造成了防雷措施的针对性不强 2 2 设计方面存在的问题 设计方面存在的问题 1 杆塔接地方面 35kv 线路设计建造时 没有提供每基杆塔所在位置测 量的土壤电阻率及其分布情况 在设计接地装置时随意性较大 不是根据每根 杆塔的地形 地势情况合理设计杆塔的接地装置 而是套用一些现成的图纸和 典型的设计方案 结果与实际情况不符 造成部分杆塔的接地电阻偏高 2 避雷线方面 由于山区地形复杂 大高差 大档距 也普遍存在保护角 偏大 避雷线对导线屏蔽不良等问题 3 3 运行维护方面存在的问题 运行维护方面存在的问题 35kv 供电系统 在 20 世纪 80 年代时 由武家岩 110 35kv 变电站直接给各个 变电所供电 90 年代初因芙蓉集团白皎电厂的投建 对 35kv 供电系统进行了 改造 93 年电厂 35kv 中央变电站投入使用 至今供电系统已使用 20 多年 有 些杆塔的接地电阻在初建成时是合格的 但经过一定的运行周期后 杆塔接地 电阻会逐渐变大 这除了前面介绍的由于施工时留下来的隐患外 还存在如下 问题 1 接地体的腐蚀 特别是在山区的酸性土壤中 或风化土壤中 最容易发 生电化学腐蚀和吸氧腐蚀 由于腐蚀使接地体与周围土壤的接触电阻变大 甚 至使接地体在焊接头处断裂 导致杆塔接地电阻变大 或失去接地 2 在山坡坡带 由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露 失去与大地 的接触 3 在施工时使用化学降阻剂 或性能不稳定的降阻剂 随着时间的推移降 阻剂的降阻成份流失或失效使接地电阻变大 4 因线路已不断老化 维护不到位 使线路杆塔接地也存在着比较严重的 缺陷 如 接地装置年久失修 锈蚀严重 残缺不全 接地电阻逐年增加 甚 至断线 这些损坏的接地装置将导致系统耐雷水平严重下降 造成系统闪络 运行中许多事例充分说接地装置不良与雷击跳闸率有着直接的因果关系 5 在接地整改中 同样没有根据杆塔的实际地质情况 合理设计接地装置 处理接地千篇一律地在就地打一根垂直接地极了事 且施工中接地体的长度 埋设深度及焊接质量都普遍达不到要求 因此不少接地装置整改后并未收到实 际上的效果 三 三 35kv35kv 供电线路接地设计分析供电线路接地设计分析 1 1 接地的概念 接地的概念 电力系统为了保证电气设备的可靠运行和人身安全 不论在了发电 供 输 电 变电 配电都需要有符合规定的接地 所谓接地就是将供 用电设备 防 雷装置等的某一部分通过金属导体组成接地装置与大地的任何一点进行良好的 连接 根据接地的作用不同分为工作接地 保护接地 雷电保护接地 工作接 地即为电力系统电气装置中 为运行需要所设的接地 保护接地即为电气装置 的金属外壳 配电装置的构架和线路杆塔等 由于绝缘损坏有可能带电 为防 止其危及人身和设备的安全而设的接地 雷电保护接地即为为雷电保护装置向 大地泄放雷电流而设的接地 因此接地装置的设计 应根据供电系统的情况 接地的目的与作用 进行综合性的考虑 才能设计出合理的接地系统 接地系 统大致由以下部分组成 1 接地装置 电气设备接地引下导线和埋入地中的金属接地体的总和 接地体接地体又称接地极 指埋入地中直接与土壤接触的金属导体或金属导体组 是接地电流流向土壤的散流件 与土壤充分的接触是降低接地电阻的重要措施 接地引下线接地引下线是指电气设备及需要接地的部位用金属导体与接地体相连接的部 分 是接地电流由接地部位传导至大地的途径 2 接地电阻 接地电阻是指接地线电阻 接地体电阻 接地体与土壤之间 的过渡电阻和土壤流散电阻的总和 其数值等于接地体对大地零电位区域的电 压与流经接地体的全部电流的比值 接地电阻包括 工频接地电阻和冲击接地电阻冲击接地电阻 在雷电冲击电流下 由于其 幅值很大 作用时间又很短暂 所以冲击接地电阻与工频下的接地电阻不同 我们平时所测量的接地电阻就是工频接地电阻 2 2 接地系统设计的必要性 接地系统设计的必要性 接地是保证系统安全稳定供电的重要手段 通过以下几点说明接地设计的重要 性和必要性 1 接地是避雷技术最重要的环节 不管是直击雷 感应雷或其它形式的雷 都将通过接地装置导入大地 因此 没有合理而良好的接地装置 就不能有效 地防雷 2 从避雷的角度讲 接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地 泄放到大地 使其与大地的异种电荷中和 如果设计不合理接地电阻较大 在 发生雷击时 可能造成杆塔地电位异常升高 绝缘子闪络而导致线路跳闸 3 接地装置的合理设计 可以降低线路杆塔接地电阻 在一定程度上可提 高线路耐雷水平和降低绝缘子闪络概率 4 如果变电站接地网的网格设计不合理 则可能造成接地系统电位分布不 均 局部电位超过规定的安全值 还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝 缘造成损坏 使高压窜入控制保护系统 变电站监控和保护设备会发生误动 拒动 酿成事故 甚至是扩大事故 由此带来巨大的经济损失和社会影响 3 3 接地系统设计原则 接地系统设计原则 接地系统设计的原则 应根据本地区域的地形 地貌 地质情况以及 35kv 供电 线路存在的具体问题 结合现场实际情况来综合考虑的 我公司 35kv 供电线路 杆塔接地设计原则如下 1 根据每基杆塔的土壤电阻率来决定人工接地体的布置方式 1 当土壤电阻率 3 104 cm 普通沙土壤 时 因地电位分布衰减 较快 可采用以棒形垂直接地体为主的棒带接地装置 垂直接地体常采用的规 格有 直径为 48 60mm 的镀锌钢管 或 40 40 4 50 50 5mm 的镀锌角钢以 及直径为 19 25mm 的镀锌圆棒 垂直接地体长度为 2 3m 接地体的布置根据安 全 技术要求 因地制宜安排 要以组成环形 放射形或单排布置 环形布置 时 环上不能有开口端 为了减小接地体相互的散流屏蔽作用 相邻垂直接地 体之间的距离不应小于 2 5 3m 垂直接地体上端采用扁钢或圆钢连接一体 上 端距地面不小于 0 6m 通常取 0 6 0 8m 2 在多岩石地点和土壤电阻率较高 3 104 5 104 cm 的地点 因地电位分布衰减较慢 接地体宜采用水平接地体为主的棒带接地装置 水平 接地体通常采用 40 4mm 镀锌扁钢或直径为 12 16mm 的镀锌圆钢组成 可以 组成放射形 环形或成排布置 水平接地体应埋设于冻土层以下 一般深度为 0 6 1m 扁钢水平接地体应立面竖放 这样有利于减少散流电阻 3 当土壤电阻率 5 104 cm 的地点 主要以降低土壤电阻率为主 可以采用以下几种技术方案 1 采用增设接地体总长度 深埋 或增加水平接地体延伸长度 通常水平延 伸效果较好些 但对于山地多岩 深岩地点效果都不明显 可以结合以下 2 点 综合使用 2 在原接地体周围进行换土 利用电阻率较低的土壤 粘土 黑土 替换接 地体周围的土壤 3 利用长效降阻剂 在接地体周围埋置长效固化型降阻剂 以改善接地体周 围土壤 或岩石 的导电性能 使接地体通过降阻剂的分子和离子作用形成高 渗透区 以便与大地紧密结合降低土壤电阻 使接地体得到纯性保护而不被氧 化腐蚀 达到延年长效的目的 2 根抿在平时运行中 在雷击时容易造成冲击反击放电的杆塔 在设计接地装 置时可以采用以下技术方案 1 埋设多根放射形水平接地体 或由水平带连接的多根垂直接地体 3 4 根 组成一个复式接地装置 2 设法降低土壤的电阻率 3 通过以上两种方法处理后 都不能达到好的效果时 可以考虑在降低接地 电阻的同时在本杆塔和相邻接地电阻小的杆塔上安装线路避雷器进行配合 4 4 降阻措施 降阻措施 对于接地电阻超标的杆塔进行降阻改造是提高线路耐雷水平保证线路安全运行 的重要措施 由于降阻主要是出于防雷的需要 所以对降阻措施又有明确的要 求 即以降低杆塔冲击接地电阻为主要目的 所以对杆塔降阻措施应考虑以下 几方面的问题 1 勘探测量 要对每基杆塔所在位置的地形 地势 地质情况进行准确勘 探 找出可以利用的地质结构 2 调查 了解线路杆塔经过地段土壤对钢接地体的腐蚀性 3 雷电流一般沿表层土壤散流 深层土壤并不散流 所以对接地电阻偏高 的杆塔 接地体应以水平接地体为主 埋设深度尽量达到 0 8m 以下 四 四 35kv35kv 线路雷电性能分析线路雷电性能分析 1 1 雷电参数 雷电参数 1 波阻抗 雷电形成的电压和电流是以波的形式在导线中传播的 电压波 u 与电流波 i 的比值叫雷电通道的波阻抗 2 雷电流 一般是指雷直接击于低接地电阻的物体时流过该物体的电流 大 气过电压的数值与雷电流的大小直接有关 主放电时 雷电流为一冲击波 波 头近似于半余弦波 如冲击接地电阻大 很容易发生反击 造成绝缘子闪络放 电 3 雷电活动强度 在进行防雷计算和采取防雷措施时 必须知道当地的雷电 活动强度 雷电活动强度主要用雷暴日和雷暴小时来表示 掌握了本地区的雷 电活动情况 雷电活动规律性 更有利于做好防雷方案措施 4 地面落雷密度 每一雷暴日每平方公里地面受雷击的次数 此参数主要用 于计算输电线路的落雷次数 掌握了每条输电线路的落雷次数 在防雷工作中 就更有针对性 减少了盲目性 2 2 雷电的危害 雷电的危害 1 感应雷害 雷击输电导线附近地面时 会在输电导线上产生感应过电压 它的大小跟雷电主放电电流的幅值成正比 与雷击地面点距导线的距离成反比 跟导线的弧垂和悬挂高度均有关 一般至少需 4 5 片悬瓶组成绝缘串 才不会 造成绝缘闪络 2 直击雷害 直击雷过电压是雷电流在被击物阻抗上的压降 其大小与被击 物阻抗的性质和雷电流的幅值 上升的速度或雷电流的波形有关 当线路被直 击时 90 以上都可能造成绝缘子闪络 3 反击雷害 线路避雷线遭受直击雷时 在引导强大的电流流入大地时 如 冲击接地电阻较大 在杆塔顶端会产生非常高的电压 会造成杆塔顶端通过绝 缘子闪络对输电线路放电 甚至有可能发生两相绝缘子闪络放电而发生相间短 路 五 五 35kv35kv 线路防雷技术措施线路防雷技术措施 35kv 线路本身的绝缘水平较低 当雷击架空线路时 不论是感应雷过电压还是 直击雷过电压都极易引起绝缘子闪络放电 造成单相接地时的工频续流不能尽 早熄弧 进而发展成相间短路而导致线路跳闸 因此降低 35kv 线路雷击跳闸率 的关键是使线路避雷线的接地冲击接地电阻小 因而必须做好如下防雷措施 1 1 降低线路接地电阻 降低线路接地电阻 减小接地引下线的过渡电阻 接地网除锈补焊防腐 通过降低线路杆塔的冲击 接地电阻等措施在一定程度上可提高线路耐雷水平和降低绝缘子闪络概率 2 2 安装线路型避雷器 安装线路型避雷器 通过实践证明在线路上安装线路型复合外套金属氧化物避雷器 可以极大地提 高架空输变电线路的抗雷击性能 降低线路雷击跳闸率 如线路杆塔有下列两 种情况时 须安装线路避雷器 1 地形复杂 输电线路杆塔之间出现大高差 大档距时 使得避雷线屏蔽作 用失效 且常发生绕击 侧击等现象的杆塔 需在杆塔上安装避雷器 2 接地电阻难以达到技术要求 同时又有遭受雷击可能的杆塔 需在本杆塔 和相邻接地电阻小的杆塔上安装线路避雷器 3 3 搞好线路的维护工作 搞好线路的维护工作 1 应定期进行巡视检查 每年应进醒一次停电登杆检查 清扫绝缘子片 发 现有放电 击穿的绝缘子应进行更换 提高线路的绝缘水平 2 对运行多年的绝缘子应在停电的情况下 用不低于 5000v 的兆欧表进行测 定 当绝缘子的绝缘电阻小于 500m 时 即认为绝缘子不合格 应进行更换 摇测方法 线路先分段 再分串 分片进行