浅谈提高煤矿供电线路防雷水平措施和对策

1、浅谈提高煤矿供电线路防雷水平措施和对【摘要】本文针对南桐矿业公司矿井供电系统现状, 通过对线路防雷水平影响因素进行分析，提出提高防雷水平 的措施与对策。【关键词】煤矿供电；防雷水平；措施对策1问题的提出南桐矿业公司供电系统电源来自棊林坝110kv变电站、 方盛电厂和自备电厂。七个矿井中一个矿井由自备电厂6kv 直供，其余6个矿井各有35kv变电站一座。电网共有35kv 架空线92km, 6kv架空线123km。另有外供电用户126个， 6kv架空线路55km。35kv架空线近年来通过改造，安装避雷线65公里，占 68%o线路起点杆和终点杆安装氧化锌避雷器。杆塔接地电 阻5欧以下占71.34%、

2、电阻510欧占26.48%、10欧以上 占2. 18%o单相接地电流随着矿井向深部延深，电缆长度和 截面增加而不断增加。六个生产矿井6kv电网单相接地电流 超过煤矿安全规程第457条规定20a的有四个矿井，占 66. 7%o20062010年供电系统共发生跳闸事故106次，其中雷 击跳闸34次，占32. 08%o由于煤矿井下存在瓦斯，停电后 瓦斯积聚极易引发恶性事故，所以煤矿供电为一类负荷。由 此可见，如何提高煤矿供电系统防雷水平，是保障矿井安全 生产的重要课题。2线路防雷水平影响因素分析根据电力设备过电压保护设计技术规程的相关规范, 对线路防雷水平影响因素进行分析。2. 1雷击跳闸率线路雷击

3、跳闸率为每百公里线路、40雷电日，由于雷击 引起跳闸数。雷击跳闸率是衡量线路防雷性能好坏的综合指 标，用下式表示：n=nxpx t (1)从(1)式可知，线路雷击跳闸率与线路上的总落雷数n, 是雷电流幅值等于或大于耐雷水平的概率p,建弧率t1有 关。由于总落雷数与地理条件和气象条件有关。因此，可采 取提高线路耐雷水平、降低建弧率等措施降低雷击跳闸率。2. 2耐雷水平雷击过电压分为感应雷过电压和直击雷过电压。2. 2. 1感应雷过电压参数分析雷击线路附近地面由电磁感应引起的过电压称为感应 雷过电压。当s60 m时，感应雷过电压ugd与雷电流i、导 线平均悬挂高度hd、雷击点距线路距离s有关，即：

4、(2)由(2)式可知，雷电流和雷击点距线路距离由气象条 件决定。导线悬挂高度与感应雷过电压成正比。因此，可以 采取控制杆塔高度、提高线路绝缘水平等措施提高耐雷水 平。现35kv线路普遍采用3片xp-70型绝缘子串，u50%放 电电压为360kvo取s=65m、hd=20m,当感应雷过电压ugd 达到u50%时，由(2)式可求得耐雷水平为46. 8kao由雷电 流概率曲线可知，雷电流为46. 8ka的概率为35%o由此可见, 感应雷过电压对35kv以下电网构成较大威胁。2. 2.2直击雷过电压参数分析直击雷分为绕击和反击。雷击塔顶或塔头附近避雷线， 雷电流通过杆塔入地，杆塔电位升高，引起绝缘子反

5、过来对 导线放电闪络，称为反击。雷绕过避雷线击中导线，导线 电位升高，引起的绝缘子对杆塔放电闪络，称为绕击。(1) 雷直击杆塔塔顶时，塔顶电位utd为流经塔身电 流(为避雷线分流系数)加在杆塔等值电感lgt和塔脚接地 电阻rch±的压降之和，即：(3)(2) 雷击杆塔时，不仅雷电流通过杆塔并在塔顶产生 电位utd,电磁场还在导线上感应一相反符号的感应过电压 ugo如雷电流波头长度，式中：k为避雷线与导线的耦合系数。(3) 雷直击杆塔塔顶时，塔顶产生电位utd,避雷线上 同样有相同的utd,由于避雷线的耦合作用，导线上将产生 耦合电压kutdo加上导线上的感应过电压ug,则导线上的 电

6、位为：(5)(4) 杆塔绝缘承受的过电压最大值，由(4)、(5)式 可得：(6)2. 3耐雷水平参数分析能引起绝缘子闪络的最小临界雷电流i称为耐雷水平。(1) 雷直击杆塔时，uj大于绝缘子串的50%冲击放电 电压u50%,则将发生闪络。于是由(6)式可知，耐雷水平 ii为：(7)由(7)式可知，雷直击杆塔时的耐雷水平与分流系数b、等值电感lgt.接地电阻rch、避雷线和导线间的耦合系数k、导线的平均悬挂高度hd、绝缘子串冲击放电电压u50%有关。杆塔分流系数和等值电感由杆塔结构决定。导线悬挂高度和杆塔接地电阻与耐雷水平成反比，耦合系数和绝缘子串 冲击放电电压与耐雷水平成正比。因而，可以采取控制

7、杆塔 高度、降低杆塔接地电阻、架设避雷线、提高线路绝缘水平、 安装线路避雷器等措施提高耐雷水平。(2) 雷绕击导线时，耐雷水平12可由下式求出：(8)从(8)式可知，线路发生绕击时，耐雷水平比雷击杆 塔时低很多。要减少绕击时雷电流超过耐雷水平12的概率, 只有降低雷电绕击率。雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及 线路经过的地理条件有关。对山区的杆塔：(9)从(9)式可知，绕击率与避雷线对导线的保护角a和 控制杆塔高度h有关。据统计，线路雷电绕击引起的跳闸， 保护角小于15。占37%,保护角大于15。占63%。因而，可 采取控制杆塔高度、减少保护角等措施降低绕击率。2.4建 弧率雷击

8、引起绝缘子冲击闪络过去后，弧道仍有一定程度的游离，在工频电压的作用下，形成工频电弧。冲击 闪络之后弧道建立工频电弧的可能性称为建弧率。建弧率 的大小，主要与工频电压作用下弧道平均场强的大小有关， 可按下式计算：ri = (4. 5e0. 75-14) x 10-2 (10)式中：e 绝缘子串的平均运行电压梯度(千伏，有效值/米)对中性点有效接地网：对中性点非直接接地电力网：式中：ue 额定电压（千伏）；lj 绝缘子串长度（米）；lm木横担线路的线间距离（米）（对铁横担和钢筋混 凝土横担线路，lm=o。）由以上分析可知，影响建弧率的参数为绝缘子串的平均 运行电压梯度e,而决定e的参数为绝缘子串长

9、度lj和电网 中性点是否接地。因此可采取适当增加绝缘子片数、采用不 接地或经消弧线圈接地式等措施降低建弧率。3提高线路防雷水平的措施与对策通过对线路防雷水平影响因素的理论分析，本文提出以 下几个方面的措施与对策：（1）降低杆塔接地电阻。降低杆塔接地电阻可使杆塔 耐雷水平提高，可以说没有先进的接地技术，就没有先进的 防雷技术。以典型的35kv混凝土杆线路为例，在条件相同 的情况下，当接地电阻从10降到5时，其耐雷水平将由 31.5ka提高到46. 7ka。根据杆塔接地电阻大部分在5欧以 下的实际情况，对阻值在5以上的接地装置采取使用降阻济 等措施加以改造，以提高整个系统的耐雷水平。（2）安装线路

10、避雷器。由于线路避雷器在杆塔和导线 电位差超过动作电流时，避雷器加入分流，保证绝缘子不闪烁。(3) 提高绝缘水平。线路绝缘水平与耐雷水平成正比, 在雷击较严重的地方，35kv线路采用瓷横担、防污绝缘子、 增加绝缘子片数，6kv线路使用绝缘横担和塔头，在日常维 护中加强零值绝缘子的检测等，保证线路有足够的绝缘水 平。(4) 安装避雷线。避雷线的分流作用，可以减小流经 杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；通过对导线的耦合作用 可以减小线路绝缘子电压，对导线的屏蔽作用还可以减低导 线上的感应过电压。(5) 控制杆塔高度。杆塔高度与雷雷击过电压及绕击 概率成正比，在设计线路走廊时，尽可能避高就低、避免大

11、档距，合理控制杆塔高度。(6) 安装微机综合保护系统。随着科学技术的进步， 微机综合自动化保护装置将全面替代常规的二次设备和电 磁式传动系统。dpl系列微机馈线保护装置能够满足变电站 综合自动化要求，具有过流保护、低频减载、接地查找、重 合闸等功能，通过联网可以实现远方控制。系统技术管理人 员和运行人员要熟悉掌握微机综保的各项功能，充分发挥其 作用。(7) 采用自动调谐式接地补偿装置。当系统电容电流 大于绝缘自然熄弧值时，线路绝缘子在雷击闪络后将形成持 续的接地电弧，进而发展为相间短路引起跳闸。自动调谐式 接地补偿装置由于能实时检测电网电容流，自动调整补偿电 流，在雷击后能把工频续流控制在10a以下，使其不能建立 持续的接地电弧，从而降低建弧率。(8) 完善供电系统管理制。按照架空送电线路运行 规程的规定，建立完善防雷设施、金具等检查测量制度