《10kV配电网防雷措施优化分析综述》3900字

10kV配电网防雷措施优化分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u303010kV配电网防雷措施优化分析综述 1156801.1配电网防雷优化措施 1196171.1.1运用线路型避雷器实现防雷 1325931.1.2减小杆塔接地阻抗实现防雷 286331.1.3架设耦合地线实现防雷 3133841.1.4架设避雷线实现防雷 4214311.1.5优化中性点接地方式 4252841.1.6消除绝缘弱点实现防雷 5218891.2防雷措施优化效果 6随着近年来科技井喷式的发展，以及电网公司的大力投入，电力主网架达到了坚强电网的要求，安全水平达到较高水平，但是对于10kV配电网的升级改造还有待加强，需要进一步向坚强电网目标进发。本章结合第三章对于防雷措施差异化分析，讨论研究出六项防雷措施的劣势，提出优化方案。再联系第四章综合评价结果，对10kV配电网防雷措施改进的前提下，找出最符合本地区电网安全可靠运行的方式，以提高防雷能力、增强电网的韧性。1.1配电网防雷优化措施1.1.1运用线路型避雷器实现防雷线路型避雷器主要是针对架空线路防雷的避雷器，一旦输变电线路被雷电击中，能够及时将雷电流分流，有效限制雷电流在可承受水平，从而提高线路的耐压水平，提升了防雷能力。与此同时，部分雷电流不可避免的流经线路，受到电磁耦合作用的影响，绝缘子能够因为导线与杆塔的电位差的减小而降低了闪络的概率，进一步提高了线路的供电可靠性。在架空线路与架空线路或者架空线路与电缆的分支点安装有线路型避雷器，能够更好的发挥避雷器的保护作用，扩大保护范围而不仅限于杆塔，以及改善之前线路型避雷器在实际生产运行中遇到的缺陷。通过总结在实际生产运行中的经验，线路型避雷器对于瓷横担型和3片或4片型绝缘子串，因为它们会影响其在运行中的动作值，不利于提高动作可靠性。通过优化改进为5片型绝缘子串，能够有效解决这个缺陷。在第三章提到的雷击断线事故就是因为带间隙避雷器并不能完全保证一定防雷成功，是有漏洞的，从而导致其没有成功动作。对于这个漏洞，可以通过增加可调式过电压保护间隙装置进行联合运行，一旦避雷器无法动作时能够及时预防事故的产生，同时也能对避雷器起到保护作用。1.1.2减小杆塔接地阻抗实现防雷根据前面的内容可知，配电线路发生雷击现象时，会形成雷电流，这个雷电流流入大地，过程中和分流有关。而在雷击杆塔的时候，雷电流入地的电流值与杆塔本身的接地电阻有很大关系。以大地为参考零电位，则只需要计算杆塔的塔顶电位。这个电位受杆塔周围土壤率的影响，以及杆塔的接地阻抗的影响。部分线路杆塔的接地阻抗数值超过正常值，因此要采取相关措施来降低其接地阻抗。常用的降低接地阻抗的方法有如下几点：（1）杆塔的冲击接地电阻由两部分构成，首先是位于杆塔上的工频接地电阻，再者是由估算得到的冲击系数，两者之积就是实际的冲击接地电阻。对于出现接地电阻数值超标的现象，常用水平外延接地的方式，通过降低工频接地电阻的同时，也能降低冲击接地阻抗的大小，达到所需要求。（2）杆塔的电位取决于周围的土壤率，对于有较低阻抗率的土壤深处，将接地极深埋或者是采用竖井型可以有效避免这个问题。（3）降阻剂可以降低阻抗率，普通的降阻剂达不到应有的效果时，使用高效膨润土降阻防腐剂，降阻性能更好。前面提到使用降阻剂可以有效降低阻抗率，但是一般情况下会有一个范围，通常来说降阻剂的阻抗率低于0.135。降阻剂还有一个外在表现，当接触到水会膨胀，因为是和土壤接触，土壤截面也会变大。同时，降阻剂因其吸水和保水的特性，会间接的影响到土壤参数大小，进一步降低土壤电阻率。有些土壤的电阻率很高，为了达到降低土壤电阻率的目的，会使用降阻剂来降低其接地阻抗。相关的使用方法和注意事项如下图1.1所示。图1.SEQ图5.\*ARABIC1水平接地体施加降阻剂Fig.1.1Horizontalearthingwithanti-resistanceagent.由图1.1可知，这个效果图由4层结构组成，分别是回填土，降阻剂，接地体，降阻剂共4层，并且按照从上到下的层次来排。第一步是先构造出一个挖槽，挖槽的最底部先铺上一层降阻剂，降阻剂的深度大概在30-40cm，接着第二层是水平接地体，直接铺在降阻剂的上方，然后进行焊接。在焊接完之后，在第二层上再铺上一层20-30cm高度的降阻剂，最后一层铺上回填土，值得注意的是，为了达到更好地效果，回填土要选用细土。其中，若所构造的挖槽的宽度是x,降阻剂的厚度是y，则x和y必须满足一定的要求，这个要求和土壤阻抗率以及所以要改变的接地阻抗有关。列如：设定一个土壤阻抗率为a(a<300),接地阻抗设为b(b=4)，x、y的范围设定在15-30cm。改变土壤阻抗率的大小，若a>300，且b不大于1，此时x、y的数值会产生变化，变成20-40cm。由此可以看出这个方法可以达到所需要求。1.1.3架设耦合地线实现防雷地线与导线之间有耦合效应，雷击杆塔时，顶端会产生的感应电压，并且逐渐升高，因此绝缘子受到的冲击电压就会明显降低。所以，架设耦合地线是当无法降低或者较难降低杆塔接地电阻时的一个绝佳解决方案。与此同时，当有较大雷电流时，耦合地线能够将部分雷电流分流至杆塔的接地装置起到分流的作用，杆塔的接地阻抗越大，其效果越明显。另一方面，导线上的感应电压分量会因为耦合地线的架设而减少，是得益于杆塔与线路的电位的增大，从而对于线路防雷水平的提升很有帮助，大大提高了供电可靠性。1.1.4架设避雷线实现防雷在10kV配电网中，当发生雷击现象时，会产生雷电过电压，其中，由70%的过电压是感应过电压。之前提到了感应过电压决定了塔杆的塔顶电位，这个电位会进一步影响耐雷水平。雷击线路或者雷击杆塔及其附近的区域，会产生过电压，这个过电压的大小受到类雷电流的流向和幅值的影响。雷击发生时，避雷线会对雷电流进行引雷、屏蔽、分流，从而降低感应过电压，对于实现塔顶电位和绝缘子串两侧过电压的下降大有裨益。以上整个过程对于设备的耐雷水平的提升是非常有成效的，雷击跳闸率高的问题得以解决。线路耐雷水平的高低与架设避雷线的有无关系密切，没有避雷线时为：(1.1)式中：是绝缘子串放电时50%放电电压。式(1.2)是雷电流幅值概率分布曲线为：(1.2)式中：I为放电时雷电流幅值；P是放电时雷电流的幅值大于I的概率。线路的雷电流和绝缘子串50%放电电压成正比例关系，可从式(1.1)和式(1.2)得以发现，雷电流的概率分布的分布曲线函数表明，设定了一个雷电流为I，则再设定一个P参数，P和I成反比。例如，给I赋值为1kA，则P大概为0.91，这个结果表明当发生雷击现象时，大约有91%的雷击线路击中导线的情况下，绝缘子会发生闪络现象，而闪络的容易损坏绝缘子，影响耐雷水平。因此，综上所述，架设避雷线之后的线路的耐雷水平要高于未架设避雷线的线路。根据我国的相关要求规定，在10kV的变电站中针对进线部分必须架设避雷线，避雷线的架设点覆盖在进线的1-2km。而10kV的电网线路因为绝缘水平较低，因此可以全线架设避雷线或者是在雷击雷落发生频率较高的地区架设避雷线。1.1.5优化中性点接地方式电力系统的接地系统分为中性点有效接地和中性点非有效接地两种，而对于高电压等级电网系统来说，前者是最主要的运用方式。以中性点不接地形式为主要特征的配电网，具有故障电流小的特点，继而能极大地减小对电网的影响。期间，系统的相电压保持不变，整个电网的供电可以继续维持，在出现故障以后仍可以带故障继续运行几个小时，故障期间发出报警信号，然后相关部门人员查看故障信号发出指示，并由相关部门处理故障，恢复系统安全。故障时候的短路电流受电网电压和对地电容的影响，根据相关计算公式可知故障电流与其成正比，对地电容值与线路成正比。输电网中的电容和电感元件的存在会产生电磁振荡，相比较电磁振荡，还有可能会因为故障产生持续过渡的过电压，最终中性点发生击穿。其中，变压器中性点和避雷器等等绝缘较弱的部分，受危害的影响程度很大。单相接地故障发生时，中性点不接地系统的弧光接地过电压能够分为以下这两种类型:设定一个临界值为10A，第一种情况如下式所示：(1.3)一旦对地电容电流达不到10A，间歇性接地电弧可以在电流过零和峰值时重复熄灭和重燃的循环，从而影响设备安全。第二种情况如下式所示：(1.4)单相接地故障产生的电流对地分量一旦超过此阈值，一开始的接地电弧和式(1.3)提到的一样，在电流过零的时候，会熄灭。短暂性地熄灭之后，电弧在电流达到峰值的前后会复燃，这个过程会持续一段时间。不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃会引起高频振荡过电压，这个电压值会达到3.15-3.5倍的相电压。同时，单相接地短路故障会因此发展成为相间短路故障，而且这个变化的看呢个性较大，会对设备造成极大的损害，威胁电力系统的安全。综上所述，需要对现运行的10kV系统的电容电流进行测量，根据测量得到的电容电流的值来选择合适的中性点接地方式。1.1.6消除绝缘弱点实现防雷消除绝缘子绝缘弱点是维持10kV线路正常安全运行的重中之重，特别是要注意可能会出现的零值或低值绝缘子，以及积污严重的绝缘子，必须要及时处理更换，从而保证线路的防雷效果。1.2防雷措施优化效果图1.2常州地区采用避雷器示意图Fig.1.2TheactualinstallationoflightningprotectioninChangzhou.不同电压等级的线路防雷措施有很大区别，本文主要针对中低压配电网来进行讨论。前文针对几种不同防雷措施进行了改进优化，结合第四章综合评价结果可以得到配电网输电线路防雷措施的优先顺序仍为：安装避雷器、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、架设避雷线、安装防雷间隙、差绝缘。安装避雷器进行防雷的使用概率最大且效果最好，故对此方式进行深度研究。根据第三章和第四章的研究结果，改进方法为改变传统绝缘子串的个数。为进一步验证通过配电网防雷措施综合评价模型得出的防雷措施优劣情况，本文结合常州地区实际情况，对防雷效果最佳的5片型线路避雷器进行了型