防雷接地性能

防雷接地性能（精选7篇）

防雷接地性能 篇1

摘要：介绍110kV电网中性点直接接地和经过消弧线圈接地两种方式在防雷运行方面的不同特性, 比较其优劣, 并提出各自的实际操作方案。

关键词：中性点直接接地,经过消弧线圈接地,防雷,110kV电网

0 引言

目前我国的110k V电网在考虑防雷方面所采用的接地方式, 主要有两种:中性点直接接地和经过消弧线圈接地, 但是这两种接地方式在防雷运行方面却表现出不同的特性, 这取决于这两种接地方式各自的特点, 同时也与地理环境、气候特点等外在因素有关。110k V电网涉及范围相对较广, 大部分都会在山区, 属于雷电活动高发区, 雷击导致的跳闸率很高。因此如果110k V电网中性点都采用经过消弧线圈接地方式或者都是直接接地方式合理性便值得商榷。

通过对比中性点直接接地和经过消弧线圈接地两种接地方式在防雷运行方面的特性, 总结两种方式各自的优缺点, 并通过数据分析和总结, 提出两种接地方式在实际防雷运行中合理的操作方案, 以提高线路反击耐雷水平, 有效地做好防雷工作。

1 110k V电网两种接地方式

1.1 中性点直接接地方式

中性点直接接地方式在110k V电网中应用较广, 根据电流大小也被称为大电流接地方式。特点是一旦电网发生接地故障, 特别是频率比较高的单相接地故障时, 非故障相对地的电压升高不显著, 不会超过运行相电压的1.4倍, 暂态过电压的水平也很低, 相反接地相的故障电流却很大, 使得继电保护可以很快做出跳闸动作, 切断故障源, 设备承受过电压时间很短。按照电流电压互换特性这一基本理念, 不同电压等级电网选用中性点直接接地方式, 一般均可获得比较满意的结果。

1.2 经过消弧线圈接地方式

经消弧线圈接地属于小电流接地系统, 原理是当短路故障出现在单相时, 电容中的电流与消弧线圈中的电感电流之和与流过断路接地点的电流大小相等, 而电感电容上电流相位的差值正好满足相互补偿的180°。当两电流的量值与发生电弧的最小电流相比较小时, 不会发生电弧和谐振过电压。

在电网发生的所有故障中, 八成以上为接地故障, 接地方式的选择关乎能否充分发挥接地保护的功能, 提高供电可靠性, 快速切除并缩短故障时间, 同时减小故障电流对设备的损坏。

2 110k V电网接地防雷技术

2.1 输电线路防雷设计

输电线路雷害的形式有两种:直击和绕击。我国输电线路防雷设计主要有以下几个方面:合理选择线路路径;架设避雷线;降低杆塔接地电阻;在部分地段装设避雷器;提高线路整体绝缘水平。

2.2 防雷接地注意问题

(1) 系统接地方式选择时, 系统任一短路点的综合正序电抗与零序电抗之比应该满足X0/X1小于3, 因为设备上允许出现的最大工作频率过电压, 决定系统避雷器的灭弧电压 (即额定电压) 。而对应在110k V的电网中, 映射着电网的接地系数, 此系数与X0/X1有紧密关联, 故必须确定合理的接地方式, 使单相接地健全相的工作频率电压在避雷器额定电压允许范围内。

(2) 接地点并不是数量多便有优势, 首要是保证系统任一短路点的正序电抗与综合零序电抗之比X0/X1控制在1.0~1.5, 使三相短路电流大于单相接地短路电流。因为电力系统设计对设备选型和校验时大多以三相短路电流为依据。

2.3 线路防雷要求

110k V电网线路防雷要求:避雷线保护角最大一般不超过30°, 塔头布置两根地线之间的距离不超过地线与导线垂直距离的5倍, 且地线对边导线的保护角不大于20°, 在外过电压15°无风时, 在档距中央, 导线与地线间的距离满足:

式中, S为档距中央导线与地线间的距离, L为档距杆塔接地电阻值。

影响线路耐雷水平的最主要因素有:地形地貌、杆塔接地电阻、线路落雷概率和已发生事故状况。

3 两种接地方式在防雷上的优劣性比较

中华人民共和国水利电力部颁发的《电力设备过电压保护设计技术规程》指出:110k V的电网通常采用中性点直接接地方式, 而在采用直接接地方式对联网影响不大或甚至不能满足安全供电要求的地区, 如在雷电活动强度较大的地区, 或是结构简单的电力网, 则可考虑经消弧线圈接地方式。

110k V避雷线线路在两种接地方式下防雷水平和跳闸率对比如表1所示。

为了降低线路雷击跳闸率, 常采用加装或加固耦合地线、提高线路绝缘性、补架或增多辅助地线、减少杆塔接地电阻等措施。对采用避雷线的电网分别实施上述4项措施后的雷击跳闸率进行演算, 结果如表2所示。

3.1 单避雷线路

110k V电网单避雷线线路条件下, 线路遭雷击跳闸率为43.1%~50.4%, 若地形地貌类似, 线路在长度上的加权值为0.69~2.29。中性点接地方式防雷方案在单避雷线路的防雷运行指标偏高时, 是相对经济合理的。采取藕合地线接地方式后雷击跳闸率下降, 比经消弧线圈接地方式防雷效果略好一些。

3.2 双避雷线路

水利电力部颁发的《电力设备过电压保护设计技术规程》规定:如果雷电活动强度特别大应该架设双避雷线。另外《加强过电压保护和接地工作的技术措施》中也规定:强雷和高海拔地区110k V等级电网应铺设双避雷线。实际运行中可以采取补架双避雷线或耦合地线等措施以实现单避雷线线路不能满足的防雷要求。山丘地区单、双避雷线线路跳闸率较高, 为1.8~5.7, 单避雷线线路改变接地方式后跳闸率变为0.36~1.5, 双避雷线线路则为1.5。这说明双避雷线线路改变接地方式不能很显著地降低雷击跳闸率, 此种情况下两种接地方式在防雷运行上效果相当, 采用综合防雷措施优于改变中性点接地方式。

3.3 无避雷线路

电网中性点直接接地方式变为经消弧线圈接地前后, 一条避雷线、两条避雷线和没有避雷线线路雷击跳闸率分别降低20%、60%和450%, 说明无避雷线线路改变接地方式后雷击跳闸率明显降低, 而有避雷线线路基本没有效果。因此对于无避雷线路的电网, 采取经消弧线圈接地方式比较合理。

另外, 污秽对防雷运行有很大影响。我国水利电力部颁发《高压架空线路和发变电所电瓷外绝缘污秽分级标准》中要求经过消弧线圈接地方式的泄漏比距比中性点直接接地高15%~20%。如果线路污秽, 冲击闪络电压可能下降两成甚至三成, 这必然会降低线路的耐雷水平, 使雷击跳闸率上升。

4 结语

水利电力部原分管局曾专门探讨过110k V电网中性点经消弧线圈接地方式, 结果指出, 如果电网在近年内不会扩展或增加更高电压级别, 雷击跳闸率 (百公里/年) 超过5次, 中性点经消弧线圈接地是经济合理的。

如果考虑减少线路的雷击跳闸次数, 维护电网稳定, 经消弧线圈接地方式是首选;而考虑电网防雷运行成本, 以及电网跳闸保护灵敏度, 中性点直接接地方式具有优势。两种接地方式各有优点, 但侧重方向不同, 应该根据实际情况合理选择, 从而有效地做好防雷工作。

参考文献

[1]杜澍春.高压输电线路防雷保护的若干问题[J].电力设备, 2001, (1) :40-44

[2]李江民, 黄华峰.浅谈110kV高压输电线路的防雷保护[J].湖南工业职业技术学院学报, 2009, 9 (6) :8-9

[3]郑江, 林苗, 李智喜, 等.线路避雷器110kV输电线路防雷保护中的应用情况分析[J].电网技术 (增刊) , 2005, 29 (8) :311-314

[4]何仰赞, 温增银, 等.电力系统分析 (第二版) [M].武汉:华中理工大学出版社, 1996

防雷接地性能 篇2

1 同塔多回路线路的概况

我国经济的快速发展带来了电网建设的快速发展, 经济比较发达的地区对电网的要求也越加严格。由于土地资源的缺乏导致部分地区的电网运输紧张, 这一因素的限制导致的后续问题包括了社会的混乱。因而为了缓解这一尖锐的社会矛盾, 促进社会的和谐发展, 我国加大了线路运输的容量, 把目光投向了同塔多回路线路的设计与研究上。

与以前较为简单的线路比较而言, 同塔多回路线路的塔头变得更加的复杂, 该线路的设计相比之前更加美观, 成本上也比较的合人心意。同塔多回路线路在国外应用非常普遍。尤其是在经济比较发达的地区, 该线路的应用更为普及。政府为了更好地发展经济, 也在调动各大力量支持这一项工程的行进。同塔多回路线路一般有同塔四回路、同塔六回路等。

2 同塔多回路线路接地电阻与防雷性能

一般来说, 绝大部分地区的输电线路都会有出现雷击跳闸状况, 我国相关部门对雷击跳闸的现象进行了数据统计和防雷的相关运算, 提出了相当多的防止雷击的措施。

(1) 同塔多回线路的杆塔的接地电阻在少于5欧姆时, 不需要通过减小接地电阻的电阻率来提高多回线路的耐雷击的性能。但这并不代表能够忽视该部分, 相关部门与人员还必须严谨地做好接地电阻的定期监测和相关事务的防范, 如有需要, 还要改进防范措施, 力求安全工作完满。

(2) 根据相关的数据表明, 同塔多回路线路的杆塔高度应该尽量降低, 对于多回路线路中因为跨越出现的高度特别高大的杆塔, 需要进一步地校对信息, 计算相关数据, 分析出它的防雷性能, 并且根据相关内容制定有效的防雷技术措施。

(3) 我国的相关部门经过测算得出了许多有用的数据, 其中比较重要的还有地线保护角要小于零度。

(4) 同塔多回路线路中线路悬式氧化锌避雷器作为防雷的比较重要的设施, 被我国相关部门极为看好, 提倡要大力推行来实践。

3 多回路线路杆塔的设计与防雷性能

我国相关部门的经过层层研究与努力, 做出许多研究性报告。报告中指出同塔四回路线路的杆塔的防雷击性能比较好, 无论从哪一方面, 它的操作性与功能性都有显著的呈现。

对于同塔多回路线路而言, 为了使其系统稳定性得到保障, 应该花大功夫去避免双汇跳闸的现象出现。为了避免这个问题, 有关部门特意为此采取有效措施增大交流线路的双回耐雷击性能。

4 同塔多回路线路的优势

4.1 美观大方, 节约成本

同塔多回路线路实现了杆塔的布置美观大方, 设施合理有序的特点。在工程的投资上节约了资金成本, 使得利润面比较有成效。由于我国政府也重视这一项技术的开发研究与发展, 对同塔多回路线路的工作投入加大了力度, 对于该项目的条条框框, 内部系统加强了管理, 所以同塔多回路线路就有了可靠性与安全性这些性能。

4.2 顺应需求, 有效防雷

同塔多回路线路是满足我国发展的要求的。由于国家空前进步与发展壮大, 电网建设随之加快, 线路的需求量激增导致我国不得不投入大量人力物力财力来加强供电需求这一社会问题。同塔多回路线路因为横跨了许多城市的线路交通设施, 杆塔的高度愈发向上增加, 这样的状况引发的结果是绕击概率明显增加了, 引雷的土地面积也骇人地增大, 雷击跳闸率也会随之而增加。根据这类情况, 我国进行了许多研究来分析相关测试数据, 保证同塔多回路线路的顺利铺开。

5 总结

国民经济迅猛发展是我们一直以来的追求和努力方向, 由此会带来许多客观的利益来维持我国平稳发展。国家经济快步向前, 万千百姓生活水平步步提高, 家用电器越来越普及, 用电量节节攀升, 电网设施越来越集中, 对电能的输送容量和可靠性要求越来越高。城市一步步发展, 土地资源缺少得更加厉害, 电网建设涉及到的社会问题引发的社会矛盾愈发明显。例如一些电网的架设需要征用相关地皮, 架空线路的走廊拆迁赔偿等问题都是不容忽视的存在, 这些问题相继出现, 很大程度上影响了电力资源部的良好发展。为了使其更好地向更高的目标稳定发展, 我国的政府特地采取措施制订了切实可行的计划, 由此, 造福百姓的且又防雷性能好的同塔多回路线路诞生了。

同塔多回路线路的出现满足了我国的发展需求, 它沟通多座城市, 在满足基本功能之余具有相当出色地防雷效果。同塔多回路线路接地电阻接防雷性能的研究是一个深入切复杂的课题, 它需要更多学者长久的研究与深入。

摘要：随着我国同塔多回路线路的投入运行, 为了预防雷电导致跳闸现象的频繁发生, 我国投入了许多人力物力, 对此展开大量的实践与研究, 不论是对国家内部还是跨越国际的技术都进行了相当数量的分析调查研究, 使得我国的同塔多回路线路接地电阻对防雷性能的研究更加的到位与充实。

关键词：同塔多回路线路,接地电阻,防雷性能

参考文献

[1]谢小松, 袁奇, 朱炜.220kV同塔多回线路防雷措施探讨[J].华东电力, 2009, 07:1127-1129.

[2]谢小松, 袁奇, 朱炜.220kV同塔多回路线路防雷措施[J].上海电力, 2010, Z1:277-279.

防雷接地性能 篇3

接地装置是确保电气设备在正常和事故情况下可靠和安全运行的主要保护措施之一[1]。对接地装置的测试与评价一直是电力行业非常重视的1项工作,多年来该领域的研究十分活跃。

文献[2]分析了影响土壤电阻率测量的因素。文献[3]介绍了1种接地极腐蚀速度和深度的监测系统。文献[4]基于地网不等电位模型,研究了接地网的冲击电流效应。文献[5]通过电缆外皮的分流系数评估了接地网降阻改造的效果。文献[6]提出了变电站接地电阻的设计取值方法。文献[7]提出1种接地电阻测量仪的新思路。文献[8,9,10]实现用电路的思想进行接地网腐蚀诊断。文献[11,12,13]给出1种基于接地网可测性分析的腐蚀诊断方法,并给出优化的测试方案。

文献[14]使用CDEGS接地分析软件对扬州电厂接地网的跨步电压、接触电压和地电位升等进行了评估,并提出了改造方案,为解决大型接地网的评估改造问题提供了有效途径。

文献[15]及相关标准也都指出对接地装置的安全性评价不能仅仅依靠接地电阻来进行,需要周期性测试观察并进行综合考虑。

综上所述,对于接地网的测试及评价的研究已经取得了大量成果,这些研究结果表明,对接地腐蚀检查与接地参数的测试评估很有必要,但目前还没有文献介绍接地装置综合量化评价体系的研究。

本文将在现有成果及执行标准的基础上,结合接地装置的测试内容及测试方法,探讨性地提出1种接地装置综合量化评价体系的建立。

1 接地装置状态影响因素及要求

目前大部分文献及标准都认同影响接地装置安全稳定运行的因素主要有以下几个方面:接地电阻、跨步电压、接触电压、电气完整性和接地装置腐蚀状态及热稳定性等。下面说明这些因素与接地装置安全运行状态之间的关系。

1.1 接地电阻

接地电阻是接地装置与无穷远之间所呈现的等效电阻。它包括接地装置本身电阻、接地装置与接地设备间的连线电阻、接地装置与土壤之间的接触电阻的总和。当发生接地短路故障或在雷击电流作用下,实际经过接地装置流入土壤中的电流与接地电阻的乘积大小反映了地电位升,一般情况下,地电位升不允许超过变电站二次设备的绝缘水平,否则因地电位升所引起的反击电压将烧毁设备,从而影响电力系统的稳定运行。现行标准对大型接地装置的接地电阻和地电位升有明确规定。

多数专家认为接地电阻R与实际入地电流I的乘积一般不得大于2 000 V。高土壤电阻率地区,若接地电阻有较大数值,必须保证接地短路时地网接触电压和跨步电压不超过允许值,但接地电阻不能超过5Ω。

1.2 跨步电压和接触电压

当有故障电流或雷击电流经接地装置流入大地时,接地装置及其周围所处的区域将产生地电位升,接地装置及其所处区域实际是1个不等电位体,若有人在附近行走或设备区工作,则人行走的两脚之间、脚与设备外壳之间都会存在一定电位差,分别称为跨步电压与接触电压,由此可见,这2个因素也影响着接地装置的安全状态。为了维护运行人员及其他人员的生命安全,必须将跨步电压与接触电压控制在安全标准许可的范围内,并将之作为评估接地装置安全性的重要指标。

相关标准规定接触电压Ut、跨步电压Uz满足和的。要求。其中,ρf和t分别指接地网所处环境土壤电阻率和接地短路电流的持续时间。

1.3 电气完整性

在接地系统中,连接电力设备地与接地网的导体支路称为接地引下线。所有接地引下线与接地网都可靠连接的状态称为电气完整性。若与设备相连接的接地引下线与接地网没有取得可靠连接,或连接不达标,一旦有大电流经过则该设备将有失地的危险,无法保证该设备可靠运行,从而影响整个系统的稳定性。现行标准规定,接地引下线之间的直阻需小于200 mΩ。

1.4 接地装置的腐蚀状态

接地网由金属制作而成,不可避免地存在腐蚀问题。若接地支路腐蚀严重,则导体截面可能不满足热稳定性校核,从而引发泄流不畅或导体熔断问题,影响了接地系统的安全性。

目前的相关标准对接地腐蚀检查是通过对关键位置点的开挖查看来进行的。对接地装置的腐蚀性评判可通过接地引下线及接地网主网支路的热稳定性校核来进行。

影响接地网安全稳定的因素很多,但这些因素并不是孤立存在,而是互为影响。

2 接地装置状态影响因素的测试及评价

从前面的介绍可以看出,接地装置安全性能评估可以通过接地电阻、跨步电压、接触电压、电气完整性和接地装置腐蚀状态及热稳定性等的测试或校核来进行。下面介绍这些参数的测试方法。

2.1 接地电阻的测试与评价

图1为采用传统三极补偿法测量某变电站接地电阻时,电流线电压线呈三角形。

假设土壤电阻率为ρ,通过变电站接地网注入电流(注入电流值为I)点O位于接地网中心位置,用O代表接地体,等效半径为r,电流流出点为PI,称电流极,电压量测位置为O和PU之间的电压(PU称为电压极)。电流线直线距离为do,pt,电压线直线距离为do,PU,和PI间距离为dPI,Pu。

由电流点0和PI所引起的PU点的综合电位为

由电流点O和PI所引起的接地网的综合电位为

由电压极测量得到的地电位升为

这时,接地电阻R的计算见式(4):

令称为补偿因子,则接地电阻R可用式(5)表示。

设为视接地电阻,△R为补偿接地电阻,用式△R=λ.ρ表示,则接地电阻R为测试电阻与补偿接地电阻之和,即R=R0+△R。

为了测试方便,在布置电极时,可以使接地装置、电压极和电流极按照直线0.618放线或按照三角30°夹角放线方式,这样可使补偿因子λ=0,则△R=0,这时视接地电阻即等于接地装置实际接地电阻。如果三角30°夹角放线方式受到限制而没有准确放置,可以用式(6)来进行修订。

上述接地电阻测试放线方式理论前提是:1)土壤分布均匀;2)电流极与接地装置之间的距离远大于接地装置的等效半径。因此一般情况下尽量选择远距离放线方式。但对于大型接地装置而言,远距离放线方式工作量太大,在有些环境下可能无法实现。

为了使得接地电阻的评价更合乎实际,在测试方法中需要严格遵守以下几点要求:1)以接地装置中心位置为参考点,和应大于接地装置对角线距离的4倍;2)电压测试线与电流测试线平行放置段间距不小于5 m;3)运行接地装置的测试电流源频率需避开工频50 Hz的干扰,为了增大电流的入地深度,试验电流应不小于5 A;4)应考虑试验电流可能通过电缆外壳、架空地线等外引出的情况。

对于接地电阻的评价可考虑以下规定:1)一般情况下,接地电阻与最大实际入地电流的乘积不大于2 000 V;否则,接地电阻不能大于5Ω,并确保3～10 kV阀式避雷器不应动作或动作后应能承受所赋予的能量,应有防止外引地导致的故障下转移电位产生危害的有效措施;2)接地电阻的评价需考虑季节因子。

2.2 接触电压和跨步电压的测试与评价

接触电压与跨步电压的测试一般只能抽测进行,因此其测试位置的选择需要参考接地装置导体分布图来进行。

图2和图3是1个75 m×75 m,间隔为5 m的接地网接触电压与跨步电压测试位置图。假设土壤电阻率为200Ωm,接地网埋深为0.8 m。注入电流为10 A,频率为50 Hz。

表1是用CDEGS分析软件计算得到的同一设备在不同站立位置下的接触电压。表2是用CDEGS分析软件计算得到的同一测试点向不同方向横跨0.8 m时的跨步电压。

从表1、表2可以看出,接触电压与跨步电压测试方法不同,则测试结果必然不同。当然,测量得到的最大值应作为评价对象。为确保接触电压与跨步电压测试结果能够准确反映接地装置的安全性能,测试中可考虑如下3点建议:1)通过分析软件对接地装置拓扑图计算,找出接触电压与跨步电压最大位置,并将其列入预定测试位置;2)巡视道、常操作设备、建筑出入口等需列入预定测试位置;3)通过分析软件对接地装置拓扑图进行计算,用以指导接触电压与跨步电压测试方向的选择问题。

对于接触电压与跨步电压的合格性评价,一些标准有详细要求,这里补充如下参考:1)土壤电阻率可不考虑季节因子,以避免因接触电压与跨步电压可能引起的人身伤害;2)接地短路电流持续时间的选取应参考继电保护装置保护动作时间,宜保守估计。

2.3 电气完整性测试与评价

电气完整性测试是接地装置测试中最重要的1个环节,变电站一般情况下每年至少进行1次接地装置的完整性测试。

目前现场电气完整性测试主要通过使用接地引线导通仪来进行。其测试原理是通过对2个相邻接地引下线的接地系统注入直流电流,进而量测这2个引下线间电压差,用伏安法求取2个接地引线间的等效直阻,用以评估接地装置的电气完整性是否合格。现有标准对接地装置电气完整性一般要求引线间等效直阻不大于200 mΩ。

假设1个6×9格的40 m×60 m接地网,每格长度为7m,接地装置的材料为40 mm×3 mm的镀锌扁钢。计算可知,加上接地引线的直阻,任意2个引线之间的等效直阻最大约为32 mΩ。考虑到现在很多大型接地装置选用较大截面的金属材料,有些甚至用铜绞线制作接地极,因此选用200 mΩ作为判断标准并不合适,建议初步按照100 mΩ进行接地装置电气完整性合格判定。当然,可能的话按照接地装置的实际图纸、材料进行计算,取1个合适的判定标准进行不同接地装置差异化评判则更好。

2.4 接地装置腐蚀状态检查与热稳定校核

近年来,接地装置腐蚀状态的诊断研究很多,这里对诊断方法不做过多叙述。这些方法一般建立于接地装置完工图纸基础之上,但很多变电站接地图纸并不规范,给接地装置腐蚀状态的诊断带来很大困难。因此对接地装置的腐蚀检测与诊断需结合可测性进行,并结合少量特定位置的开挖检查给出合适的腐蚀评估。这里给出2条关于接地装置腐蚀检测的建议:1)腐蚀速率宜参考所处的土壤环境或附近土壤的埋片试样数据来选取;2)由于有些腐蚀产物可能导电率很低,有条件则可以分析腐蚀物的导电性,防止接地装置无法顺畅散流。

通过一定的算法来合适地给接地装置追加腐蚀检测点。例如图4是1种给接地装置边缘角追加腐蚀检测点设计图,通过所加的检测点及分线,可以准确诊断出实心线所表示的接地装置支路的腐蚀状态,进而推断整个接地网的腐蚀状态。

对接地装置腐蚀评价可参考相关标准进行接地支路热稳定性的校验。接地导体的当前截面可通过导体的几何形状与腐蚀速率的计算获取。在接地引线的热稳定校核中,电流可取系统短路电流的幅值,而接地装置的主网支路电流宜通过仿真计算来获取。

3 接地装置状态综合评价体系的建立

接地装置安全综合评估包含因素很多,为对不同接地装置的安全性及可靠性评估能有1个量化的评估结果,需要建立1个综合评价体系,这里给出1种评价体系建立方法。

在建立综合评价体系之前,首先需要对影响接地装置安全性因素的重要性进行合理排序;其次根据其重要性的排序结果给出1个合适的权重因子;最后计算出接地装置的综合评估分值。下面是建议的1种接地装置综合评价体系。

一般情况下,接地装置的安全性影响因素主要由跨步电压与接触电压、电气完整性、接地导体支路热稳定性和接地电阻等组成。在故障情况下,跨步电压与接触电压对接地系统站内人员的保护情况,应属于最重要的评估因素;电气完整性反映站设备是否存在失地危险,并能够反映设备短路故障情况下故障电流是否能够顺利传递给接地网并散入地中,可放在第二位;接地导体的热稳定性可用于检查是否存在断裂、是否大面积腐蚀导致支路无法承载故障电流,可以放在第三位;接地电阻的评估主要用于检查故障下地电位升是否超过标准要求,从而防止地电位升对与接地装置所连接的设备造成危害。依照上述理由,提出如表3所示的接地装置影响因素权重数据表。

这里给出各个因素的评估分值施行参考方法。

(1)若按照百分制评估跨步电压、接触电压,可以用χ1表示跨步电压百分制评价结果,χ2表示接触电压百分制评价结果,α表示跨步电压测试最大值与允许值的比值,β表示接触电压测试最大值与允许值的比值。

式(7)是跨步电压、接触电压建议取分标准。

(2)电气完整性测试数据若达到100%合格,且测试值均在良好(按照DL/T475标准)范围内。若按照百分制评估电气完整性,可以参考如下的评估计算公式。

式中χ3表示电气完整性百分制评价结果;η为电气完整性测试最大电阻值。

(3)若按照百分制评估接地导体在考虑腐蚀后的热稳定性状态,可以参考如下的评估计算公式。

式中:χ4表示接地引线状态百分制评价结果;γ为根据接地引线状态评估结果,对接地引线进行热稳定校核、腐蚀速率计算得到的寿命年限。

(4)若按照百分制评估接地网整体状态,可以参考如下的评估计算公式。

式中:χ5表示接地电阻合格性百分制评价结果;K为接地电阻测试值与合格界定值之间的比值。

根据上述评估方法,接地综合评估公式可参照式(11)。

式中:ψ表示接地综合评估分值结果。fi(i=1……5)分别表示跨步电压、接触电压、电气完整性测试、接地引下线热稳定校验、接地网整体热稳定校验、接地电阻测试值等6项因素指标是否合格的标志,合格则值为1;不合格,对应值为0,其是否合格可参考相关标准评判,当然这里需χj≤100。

4 结论

(1)在测试跨步电压与接触电压时,测试方向的选择可以通过预先仿真得到正确的测试结果。

(2)在接地装置的综合测试与评价中,接地装置主网支路导体需进行热稳定校验,校验时的电流宜通过仿真计算获取。

(3)提出1种给接地装置边缘角追加腐蚀检测点设计方法,可用以推测整个接地装置的腐蚀状态。

摘要：为能够对大型接地装置进行综合安全性能评估,对影响接地装置安全运行的几个主要因素的测试方法及作用原理进行了分析研究,通过理论分析与仿真研究得出以下结论。在跨步电压与接触电压的评估中,土壤电阻率的选取不宜考虑季节因子;跨步电压与接触电压测试方向的选择宜通过仿真计算给出;电气完整性测试的合格性判据不宜采用200 mΩ,应适当降低;可以通过在接地网边角追加合适的腐蚀监测点来类推接地装置的腐蚀评估。最后,为建立打分制的接地装置量化评估体系,提出1种接地装置安全运行因素测试结果的评分标准及权重取值参考办法,细化了大型接地装置的状态评估体系。

防雷接地性能 篇4

1 直流输电线路直击雷雷击特性分析

1.1 雷电放电过程模型

雷电放电的物理过程涉及到长间隙放电理论, 其物理过程十分复杂。但从实际工程角度, 可以将其简化成一个波过程, 将雷电通道波阻抗设为一个固定值, 雷电沿着该通道向地面传播, 并由彼得逊法则建立相应的雷电流等值电路模型[2], 如图1所示, 其中i0为雷电流, Z0为雷电通道波阻抗, Z为地面击中物体波阻抗。显然i与Z有关, 当Z=Z0时, i=i0;当Z=0时, i=2i0。但无论是Z为零还是等于Z0在实际中都是不可能的。工程中一般将雷击低阻抗物体时流过接地装置的电流称为雷电流。通常实验室用电流源来模拟雷电流。

1.2 雷电流极性及波形

依据国内外多年实测统计数据, 负极性雷在雷电害中占90%左右。因此目前关于输电线路保护都是根据负极性雷来研究分析的。而且电力系统防雷分析和电气设备的雷电冲击试验要求用可以解析的典型波形对雷电波的波形进行等值建模[3], 所以工程中一般采用雷电波等值模型, 主要有半余弦波、标准冲击波、双指数波和等值斜角波等几种。工程上, 一般认为与实际雷电流波形最相似的等值模型是标准冲击波模型, 其表达式为

1.3 仿真模型建立

1.3.1 杆塔模型

建立多阻抗杆塔模型。建模时, 将杆塔分成几个模块来进行模拟, 每部分杆塔的波阻抗与其距地面的高度有关[4]。直流输电线路杆塔主体结构如图2所示, ATP-EMTP仿真计算中的多波阻抗模型如图3所示。

杆塔主体部分等效波阻抗计算公式为

式中:rek=21/8 (rT1k/3rB2/3) 1/4 (RT1k/3RB2/3) 3/4;RB, rB为图2中对应部分长度。支架部分等效波阻抗计算公式为

1.3.2 绝缘子闪络模型

目前, 绝缘子闪络模型一般采用相交法。相交法的原理是:若绝缘子串上的过电压曲线与绝缘子串自身的伏秒特性曲线相交, 此时判定发生闪络, 并认定相交的那一时刻即为闪络时刻;若两条曲线不相交, 则认定为不发生闪络。

1.3.3±500 k V直流氧化锌线路避雷器伏安特性曲线

±500 k V直流氧化锌线路避雷器伏安特性曲线如图4所示。

1.3.4 仿真电路图

在ATP中建立仿真模型如图5所示。

模型说明:

1) 线路采用JMarti模型, 可精确考虑避雷线、已闪络相导线与其他相导线之间的耦合作用。

2) 判断绝缘子闪络采用相交法。

3) 线路为双端供电双回线路, 故模型中含有4个500 k V直流电源。

4) 杆塔接地电阻采用线路实测接地电阻。

2 不加装避雷器的耐雷水平

2.1 不加装避雷器线路反击结果分析

2.1.1 杆塔高度对反击耐雷水平的影响

本文对伊穆±500 k V直流输电线路0008号、504号、0226号、0290号杆塔分别用ATP-EMTP软件进行仿真计算, 结果如表1所示。

从表1可以看出, 当杆塔的接地电阻相同时, 直流输电线路的反击耐雷水平随着杆塔高度增加而减小。主要有两方面原因:首先, 随着杆塔高度的增加, 杆塔的引雷面积也随之增加;其次, 随着杆塔高度的增加, 雷电波在杆塔中正向传播时间和和反向传播时间都增加, 雷电波削弱作用减小[5]。

2.1.2 杆塔接地电阻对反击耐雷水平的影响

为了分析杆塔接地电阻对反击耐雷水平的影响, 对伊穆±500 k V直流输电线路G52P-39型号杆塔用ATP-EMTP软件进行仿真计算, 结果如表2所示。

从表2可以看出, 杆塔接地电阻对直流输电线路的反击耐雷水平有一定的影响, 直流输电线路的反击耐雷水平随着杆塔接地电阻增加而减小[6]。

2.2 不加装避雷器线路绕击结果分析

2.2.1 地面倾角对雷电绕击跳闸率的影响

考虑山地、丘陵、平原三种地理情况下应用改进电气几何模型计算部分伊穆±500 k V直流输电线路杆塔的绕击跳闸率, 统计得出三种地形情况下雷电绕击跳闸率如表3所示。

由表3不难看出, 随着地面倾角的增大, 雷电绕击跳闸率也随之显著增加[7]。

2.2.2 线路极性对雷电绕击跳闸率的影响

通过对伊穆±500 k V直流输电线路杆塔进行绕击跳闸率进行计算, 可以看出线路正极平均绕击跳闸率要明显高于线路负极性绕击跳闸率, 这主要是因为中国雷害中绝大部分为负极性雷, 而正极性线路的工频电压对负极性的雷云先导发展有较强的引雷作用[8]。

3 加装避雷器的耐雷水平

3.1 线路避雷器安装方案

选定伊穆±500 k V直流输电线路主要塔型G52P-39型号杆塔进行研究, 根据中国架空输电线路运行规范中的要求, 对雷击跳闸率不合格的杆塔加装一台避雷器, 安装情况如图6所示。其中纵坐标0代表不安装避雷器, 1代表安装避雷器。

塔型G52P-39绝缘子型号为FXBZ-±500/160, 导线型号为ACSR-720/50。地线型号分别为GJ-100和OPGW-100, 保护角为10°。

3.2 安装线路避雷器反击耐雷水平分析

G52P-39型杆塔安装避雷器前后反击耐雷水平如表4所示。由表4可知, 伊穆±500 k V直流输电线路G52P-39型号杆塔安装避雷器后, 其反击耐雷水平均可达到400 k A以上, 能可靠保护线路不发生反击跳闸事故。

I1—改造前的反击耐雷水平;I2—改造后的耐雷水平。

3.3 安装线路避雷器绕击耐雷水平分析

G52P-39型杆塔安装避雷器前后绕击耐雷水平如表5所示。

Imax—线路最大绕击电流;I1—改造前线路耐雷水平;I2—改造后线路绕击耐雷水平。

由表5可知, 伊穆±500 k V直流输电线路G52P-39型号杆塔安装避雷器后, 其绕击耐雷水平显著提高, 均大于其最大绕击电流, 能可靠保证线路不发生绕击跳闸事故。

3.4 避雷器吸收能量和放电电流

雷电流流经避雷器时, 避雷器吸收能量为

由上式可得G52P-39杆塔在反击和绕击情况下避雷器最大吸收能量Wm和放电电流Im, 结果如表6所示。

I—改造后的耐雷水平;Wm—最大吸收能量和Im—放电电流。

根据中国架空输电线路运行规范的设计要求, 500 k V直流线路避雷器的最小吸收能量为1898 KJ, 要求冲击耐受电流为100 k A。根据表6计算结果, 伊穆±500 k V直流输电线路G52P-39型号杆塔安装线路避雷器后, 完全能够满足安全可靠运行要求。

4 结论

1) ±500 k V直流输电线路反击耐雷水平随着杆塔高度的增加而减小, 随着接地电阻的增大而减小。

2) ±500 k V直流输电线路绕击率随着地面倾角的增大而增大, 导线的极性对雷电先导有明显的吸引作用。

3) ±500 k V直流输电线路安装线路避雷器可有效提高线路的耐雷水平, 避免发生绕击和反击跳闸事故。

摘要：为研究直流输电线路防雷保护措施, 以蒙东伊穆±500 k V直流输电线路为背景, 采用电磁暂态软件ATP-EMTP分析±500 k V直流输电线的反击耐雷特性, 采用改进电气几何模型分析±500 k V直流输电线的绕击耐雷特性。计算了线路避雷器能够满足耐受的放电电流和最大吸收能量, 同时研究了线路避雷器对±500 k V直流输电线的保护效果。

关键词：EMTP,电气几何模型,耐雷性能,避雷器

参考文献

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[4]鲁志伟, 马文婧.新立变电站接地系统安全性能研究[J].东北电力大学学报, 2012, 32 (6) :28-32.LU Zhiwei, MA Wenjing.Grounding system safety performance of Xinli substation[J].Journal of Northeast Dianli University, 2012, 32 (6) :28-32.

[5]SHELEMY S J, SWATEK D R.Monte Carlo simulation of lightning strikes to the nelson river HVDC transmission lines[C]//International Conference on Power Systems Transients.Rio de Janeiro, Brazil, 2001.

[6]RAKOV V A, RACHIDI F.Overview of recent progress in lightning research and lightning protection[J].IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2009, 51 (3) :428-442.

[7]黄伟超, 何俊佳, 陆佳政.实际雷电活动分布下的线路雷击跳闸率计算[J].高电压技术, 2008, 34 (7) :1368-1372.HUANG Weichao, HE Junjia, LU Jiazheng.Calculation of lightning trip-out rate of transmission lines under real lightning stroke distribution[J].High Voltage Engineering, 2008, 34 (7) :1368-1372.

防雷接地性能 篇5

关键词：电力接地,腐蚀,可靠性,纳米改性,防腐接地极

随着电力系统的发展,常见的接地体主要有扁钢、铜包钢、镀锌镀铜钢和纯铜接地极等。由于接地体埋设在地下,基体金属极易受到腐蚀[1],因此在研究各类接地极的实用性时,除了性能是否达标之外,还关注其成本。近年来,采用导电防腐涂料改善接地极的防腐性能成为研究热门。倪楠楠[2]通过对铜进行表面改性制备了环氧-铜导电涂层,涂层的导电性能稳定,初始电导率可达到66S/cm。董蔓等[3]研究了不同树脂、溶剂、导电填料和烘干温度对导电防腐涂层性能的影响,制备的环氧导电防腐涂层体积电阻率可达到3~5Ω·m;邵建人等[4]采用纳米碳作为导电填料制备了纳米碳防腐导电涂料,涂层的导电性能优异并且通过了30kA~3S的大电流冲击试验。经过多年探索,本研究采用纳米改性技术,成功研制出纳米改性导电防腐涂料,并将其涂覆在钢材表面制备防腐接地极。

新型防腐接地极的泄流原理示意图见图1。接地极的表面涂覆有一定厚度的纳米改性导电防腐涂层,涂层由均匀分散的碳纳米管构建形成稳定的导电网络[5,6]。电流在流入接地极之后,通过碳纳米管导电网络引入周围土壤,进而达到泄流的目的。防腐接地极对涂层的导电率有很高的要求,一般要求涂层的电阻率低于1Ω·m。而在耐腐蚀方面,采用涂料防腐比包铜、镀锌更具备优势,可以有效的保护内层接地体免受土壤中水和电解液的腐蚀。同时,防腐接地极必须满足标准IEEE837—2002中要求,因而涂层必须具备优异的热稳定性,要求涂层的耐受温度达到550℃。

1 实验部分

1.1 原材料与仪器

碳纳米管(管径40~60nm,长度5~15μm):深圳市纳米港有限公司;有机硅树脂,道康宁;扁钢、二甲苯、正丁醇、十二烷基苯磺酸钠、德谦W-920,均市售。

篮式砂磨机(NM-0.75型),合肥华派机电有限公司;超声波细胞粉碎机(JY99 型),宁波新芝生物科技股份有限公司;场发射扫描电镜(S-4800 型),日本日立公司;大电流发生器(25kA型),武汉恒盛兴电力自动化有限公司;万能试验机(CMT型),美斯特工业系统有限公司;双电测四探针测试仪(RTS-9型),广州四探针科技;盐雾腐蚀试验箱、直流电阻电桥、附着力测试仪、箱式加热炉、喷涂设备、电子天平,均为市售。

1.2 实验样品的制备

本研究制备的新型防腐接地极采用碳纳米管作为纳米填料[7,8,9,10]。采用表面活性剂对碳纳米管进行改性,可以降低碳纳米管和基料溶液间的界面张力,分散剂包覆在经过处理的碳纳米管周围,形成空间双电荷层,通过电荷之间相互排斥作用及分散空间的位阻作用,使碳纳米管稳定悬浮在涂料中[11]。碳系导电填料通常采用的表面活性剂有硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基二甲基苄基氯化铵等。制备纳米改性导电防腐涂料选择表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠复配德谦W-920的混合物,复配比例为2∶1,占碳纳米管添加质量的10%(wt,质量分数,下同)。研究表明添加适量的表面活性剂有助于碳纳米管在树脂基体中的分散,但是如果加入过量则会对涂料体系的导电性能产生不良的影响[12,13,14,15,16],添加量不要超过碳纳米管添加量的10%。

2 结果与讨论

2.1 导电防腐涂层的电阻率

导电防腐涂层电阻率的高低关系到防腐接地极的泄流能力。作为电流从接地金属导入大地土壤的桥梁,导电防腐涂层的电位必须低于周围土壤的电位才能正常泄流,反映到电阻率上则为导电防腐涂层的电阻率必须低于土壤的电阻率。我国地域辽阔,各地域土壤的电阻率存在较大的差异,一般在50~5000Ω·m之间[17]。在设计导电防腐涂层的电阻率时必须以最低的土壤电阻率为上限,同时,考虑到涂层与土壤之间接触电阻的影响[18],导电防腐涂层的电阻率不宜大于1Ω·m。

采用四探针法对制备的导电防腐涂层试样的电阻率进行了测量,试样平均电阻率为0.589Ω·m。

2.2 涂层附着力

涂层的附着力是保障防腐接地极防腐性能的关键因素。根据GB/T 9286—1998标准要求,对防腐接地极表层纳米涂层的附着力进行了测试,测试结果均为1级,表明纳米改性导电防腐涂料在钢材表面的附着力优异。

影响涂层附着力的基本因素主要有2 个,分别为涂料对底材的湿润性和底材的粗糙度[19]。本研究制备的纳米改性导电防腐涂料采用的基体树脂为有机硅树脂,有机硅可与钢铁表面含结晶水的氧化铁产生水解缩合,形成共价键和氢键,硅烷中的烷氧基也可直接和钢材表面的氧化物发生反应,在潮湿的环境下发生交联,大大提升涂料与钢材的结合力[20]。同时,对钢材进行喷砂处理可以有效改善钢材表面的粗糙度,大幅增加涂料与钢材的接触面积,进而使得涂料在钢材表面获得优异的附着力。

2.3 腐蚀性试验

耐腐蚀性能的优劣是影响防腐接地极能否被大规模推广应用的关键。依据GB 9274—88标准要求,对防腐接地极试样进行了酸碱盐的浸泡试验,所用的酸碱盐溶液分别采用10% HCl溶液、10% NaCl溶液、10% NaOH溶液,浸泡时间为720h,测试结果均为无变色、起泡和脱落,新型防腐接地极耐液体介质性能优异。

钢材最有效的防腐方法就是切断钢铁表面与腐蚀电解质之间的电连接,也可以称之为物理屏蔽[21]。碳纳米管在经过表面官能团嫁接之后,与有机硅树脂基体之间可以形成良好的界面结合,再者受益于碳纳米管的纳米补强效应,最大程度上避免了涂层的微观缺陷,从而有效隔绝了钢材表面与腐蚀电解质之间的电连接,极大的提升了涂层的耐腐蚀性能[22,23]。

2.4 弯折试验

为了避免防腐接地极在运输施工过程中造成损坏,降低接地工程的造价,其弯折性能需要重点关注。 依据DLT1312—2013标准要求,对防腐接地极试样进行了弯折试验,经过3 次弯折之后试样表面的涂层没有出现裂纹和脱落的情况,表面状况良好。

弯折特性主要受导电防腐涂层力学性能的影响,而导电防腐涂层的力学性能则与导电填料自身的物理特性及其在涂层中的分散状态密切相关。 碳纳米管的比强度达到50~200GPa,是钢的100倍,弹性模量达到1TPa,长径比在1000∶1以上[12],在纳米相增强机理的作用下,将其分散于树脂基体中可大大提高涂层的致密度和断裂韧性[24],从而大幅度提升涂层的力学性能。图2为本研究制备的纳米改性导电防腐涂层断面的扫描电镜图,图中可见碳纳米管分散均匀,与树脂基体之间的结合紧密,断裂处有明显的拔出效应,对树脂基体的增强效果显著。

2.5 电气与腐蚀循环试验

防腐接地极作为接地极新产品,电气性能必须满足现阶段接地极产品相关行业标准的要求。依据IEEE837—2002标准要求,对防腐接地极试样进行了电气与腐蚀循环试验,试验结果见表1,新型防腐接地极的电气与腐蚀性能符合该标准要求。

电气与腐蚀循环试验主要对接地极产品的耐大电流特性、热稳定性以及耐腐蚀性进行考量。该试验的参照为美国电气电子工程师学会于2002年修订的标准文件,是美国现行行业标准。耐大电流特性反应的是接地极产品在故障电流或雷电流的冲击下泄流能力的变化幅度,关系到整个电网的安全。热稳定性则是接地极产品在服役常态下泄流能力的反应,主要影响因素为气候的变化和电流温升的作用。碳纳米管为永久性导电体,其导电性几乎不受任何电磁环境的影响,加之其比表面能低,反应出惰性物质的特性[11],耐受温度通常可以达到580℃以上,与之复合的树脂则是采用自然界中热稳定性最为优异的有机硅树脂[20],耐受温度超过650℃,因此采用碳纳米管制备的导电防腐涂料可以表现出优异的耐大电流特性和热稳定性。

3 结论

(1)新型防腐接地极的成功研制将解决电力系统接地网的防腐难题,发挥明显的社会经济效益,具有广阔的应用前景。在传统扁钢表面涂覆涂料的用量仅为接地体钢材用量的1.2%~1.4%,因而不会明显增加接地网的建设成本。

(2)新型防腐接地极在传统钢材外涂覆1层导电防腐涂料,涂层的体积电阻率低于1Ω·m,耐受温度超过550℃,使其在具备优异的导电、防腐、耐高温等特性的同时兼顾产品成本和维护费用,具有良好的经济效益。

防雷接地性能 篇6

伴随电力改革的深入发展, 传统的纯铜、镀锌镀铜、铜包钢、扁钢等材质的接地极已经不能满足新时代电力工程建设的需要。接地体需要常年埋入地下, 受天气等因素制约, 对接地体的耐腐性是巨大考验。近年来, 针对接地极防腐性能的研发成为了电力技术人员的工作重点, 在保证接地极性能与成本的前提下, 增添导电防腐材料是技术的核心。科研人员运用了多种涂料对接地极的抗腐蚀性进行测试, 本文主要介绍的是纳米性导电防腐涂料在接地极中的实际运用。

1. 实验部分

1.1 原材料与仪器

篮式砂磨机, 合肥华派机电有限公司;超声波细胞粉碎机, 宁波新芝生物科技股份有限公司;场发射扫描电镜, 日本日立公司;大电流发生器, 武汉恒盛兴电力自动化有限公司;万能试验机, 美斯特工业系统有限公司;双电测四探针测试仪, 广州四探针科技;盐雾腐蚀试验箱、直流电阻电桥、附着力测试仪、箱式加热炉、喷涂设备、电子天平, 均为市售[1]。

碳纳米管:扁钢、正丁醇、二甲苯;道康宁, 有机硅树脂;长度5-15nm, 管径40-60nm, 均市售。

1.2 实验样品的制备

本研究采用纳米管用作纳米填料, 作为新型防腐接地极的制备。新型防腐接地极的泄流原理示意图见图1。通过分散空间的位阻作用进行电荷之间的相互排斥, 在碳纳米周围采用分散剂包覆, 形成空间双电荷层, 可以对碳纳米管采用表面活性剂进行改性, 促使碳纳米管在涂料中悬浮, 达到降低基料溶液与碳纳米管之间的界面张力。可以用作碳系导电填料的材料有很多, 例如十二烷基苯酸钠、硬脂酸等。此外还可以选择十二烷基本磺酸钠用作制备纳米改性导电防腐涂料的活性剂。

经过相关研究表明, 在碳纳米管中添加适量的表面活性剂, 有利于醋精树脂基体的分散, 但添加量不可超过碳纳米管的10%, 如果超过可能会降低涂料体系的导电性能。

2. 结果与讨论

2.1 导电防腐涂层的附着力

影响接地极防腐性能好坏的关键就是防腐接地极表面的涂层附着力。根据国际标准的要求, 在防腐接地极投入使用前需要对纳米涂层的附着力进行测试, 结果测试都为初级, 这就证明在钢材表面覆盖的纳米改性导电防腐涂料的附着力良好。

涂料对底层的粗糙度和湿润性是决定涂层附着力效果的重要因素。在本研究中通过将有机硅树脂用作制备的纳米改性导电材料, 有利于促进钢铁表面的氧化铁与有机硅发生化学反应, 分解组合成共价键和氢键, 有利于提升涂料与钢材在潮湿环境下的结合力。另一方面, 对钢材进行喷砂处理也是制备工作的重点, 有利于拓展钢材与涂料的接触面积, 改善钢材表面的粗糙度, 达到提升钢材表面涂料附着力的目的[2]。

2.2 腐蚀性实验

目前人们对防腐接地极能否大规模应用仍存在疑虑, 本研究针对防腐接地极耐腐蚀性的优劣程度做了实验。按照国际标准要求, 采用酸碱盐浸泡实验来测量防腐接地极的耐腐蚀性, 将防腐接地极在酸碱盐中浸泡30d, 经过证明, 防腐接地极的表面无脱落、起泡、变色等现象, 说明这种加入纳米技术的新型防腐接地极耐腐蚀性良好。

切断钢铁表面与腐蚀电解质之间的电连接也可以称之为物理屏蔽是钢材最有效的防腐方法。通过将表面官能团与碳纳米管嫁接, 可以最大程度的隔绝腐蚀电解质与钢材表层的电连接, 提升涂层的耐腐蚀性能, 最大程度上避免了涂层的围观缺陷。

2.3 电气与腐蚀循环试验

进行电气与腐蚀循环试验的目的是检测接地极产品的热稳定性、耐大电流特性。试验完全按照电子工程师协会修订的标准文件进行。在故障电流的冲击下接地极产品泄流能力的变化幅度就是耐大电流特性, 其对提升电网的安全性具有重要意义。接地极产品对常态下泄流能力的反应就是热稳定性, 其主要起到保持电流温度与气候变化相适应的作用。碳纳米管作为一种永久导电体, 电子波不会对其产生影响。经实验表明, 加入有机硅树脂的接地极产品耐高温能力大大增加, 超过了650oC, 远远大于普通树脂的580oC。因此, 采用碳纳米管制备的防腐涂料有利于提升接地极的热稳定性和耐大电流特性[3]。

3. 研究结论

(1) 我国接地网工程具有很高的隐蔽性, 变电站的使用年限通常在30年以上, 重要枢纽变电站的接地网寿命甚至达到50年, 碳纳米管改性防腐接地极有利于提升接地网的导电性能, 同时可以有效减缓接地体在土壤中的腐蚀, 在保护金属、节约能源和延长接地网运行寿命的等方面也具有重要作用, 与传统的接地极相比还有明显的技术和经济优势, 市场的发展前景广大。随着国家电网公司逐步推行电网全寿命周期的发展, 预计新型防腐蚀接地极在未来我国的电力工程中可以得到广泛应用。

(2) 新型防腐接地极对比与传统接地极, 其只是在钢材的表面增加了一层导电防腐涂料, 一方面使其具备了优异的导电、防腐、耐高温等特性, 另一方面还有效缩减了产品的维护费用和成本, 避免人力、物力出现浪费, 可以为电力公司创造很高的经济效益。

(3) 新型防腐接地极的成功研制可以有效改善电力系统接地网防腐差的特性, 具有明显的社会经济效益, 在电力工程体系中的具有良好的发展前景。相较于传统扁钢接地极表面涂覆涂料, 新型防腐接地极的钢材用量明显减少, 所以也不会增加接地网的建设成本。

4. 结语

提升电力工程接地网的可靠性有利于提升电力系统的安全性。传统的接地极存在稳定性差、均匀性差、维护成本高等问题, 极大地制约了电力系统的发展, 已经不能满足新时代电力工程建设的需要。新型的防腐接地极在降低产品维护费用与成本的同时, 还具有耐高温、导电、防腐等优质特性, 具有很高的使用价值。随着国家对电力工程的重视程度逐渐提高, 防腐接地极的技术优势与经济优势在未来的发展中必然会充分地展示出来。

摘要：电力工程接地网是电力系统的关键环节之一, 是电力系统安全运行的可靠保障。传统的接地极采用的是扁钢材质, 虽然成本较低, 但维护费用很高, 对人力、物力的浪费极大, 而且腐蚀速度快、更换频繁。铜包钢接地极与镀锌或镀铜接地极也都存在不同的缺陷, 因此研发一种新型接地极制备方式势在必行。新型的防腐接地极在降低产品维护费用与成本的同时还具有耐高温、导电、防腐等优质特性, 具有很高的使用价值。

关键词：防腐接地极,纳米改性,电力工程

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防雷接地性能 篇7

随着社会的发展,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。配电网系统作为电力系统的重要组成部分,承担着直接向用户供电的任务,是连接电网和用户的纽带,其安全运行越来越受到重视。10 k V配电网具有设备数量多和地域分布广的特点,遭受雷击的机会较多[1],因而易发生过电压而造成绝缘事故。

10 k V配电线路由于其绝缘水平低,不但直击雷能造成危害,感应雷也能造成危害[2]。当线路附近落雷时,配电线路上会因电磁感应而产生高出线路相电压2倍及以上的过电压,使线路绝缘遭受破坏;当雷击线路时,巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差,导致瓷瓶炸裂、导线断线等事故[3];线路上形成的幅值很高的雷电波还会通过耦合或转移到配电网中的设备上,造成设备损坏[4]。因此,10 k V配电线路的防雷保护是保证电网安全运行、减少经济损失的重要措施。

本文将根据工程实际,结合广东高要10 k V配电线路实际运行中的雷害情况,研究线路的防雷性能及其保护措施,为提高配电网的防雷性能和供电的可靠性提供更有价值的结论。

1 高要10 k V配电线路防雷性能的计算

线路的耐雷水平与线路雷击跳闸率是衡量线路防雷性能优劣的两个重要指标[5]。线路的耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘子串不发生闪络的最大雷电流幅值;线路雷击跳闸是指每百公里线路每年由雷击引起的线路跳闸次数。线路的耐雷水平越高、雷击跳闸率就会越低,说明线路的防雷性能越好。

10 k V配电线路绝缘水平低,一般不装避雷线,即使装设避雷线也极易反击,防止直击雷的作用不大。由于雷击无避雷线的塔顶造成对一相导线反击放电时不会引起线路跳闸,必须再有第二相导线反击放电,才会引起线路跳闸造成故障。因此,导致第二相导线闪络放电的雷电流才是所需的耐雷水平。

对10 k V等级的配电线路主要考虑以下几种雷电过电压:(1)雷击导线附近大地的感应雷过电压;(2)雷直击杆塔时的反击过电压;(3)雷直击导线时的过电压。下面以高要10 k V配电线路中雷击事故率相对较高的大企线为例,采用规程公式计算其雷击跳闸率和上述三种过电压情况下的耐雷水平。

1.1 计算参数选取

大企线(主线)为三回路纵式布线,垂直相间距离1 m,平行每回线路之间的距离0.8 m,平均线路高度hd=11.5 m;线路的耦合系数均取k=0.2,杆塔等值电感均取Lgt=0.42µH/m。易击杆塔参数和线路绝缘子参数分别如表1与表2所示。

1.2 计算结果

计算得10 k V大企线的防雷性能如下:

雷击导线附近地面时(假定距线路65 m处落雷),耐雷水平I1=15.54 k A;雷击杆顶时,耐雷水平I2=10.04 k A;雷击导线时,耐雷水平I3=0.55 k A;雷击跳闸率n=1.27。计算结果表明,高要10 k V配网线路的耐雷水平低,雷电流幅值超过10 k A就可能会造成绝缘子闪络。因此,迫切要求对其进行有效的防雷保护措施,降低雷击跳闸率。

2 线路避雷器在10 k V配电线路防雷中的应用

高要供电局10 k V线路走廊地形复杂,近几年雷害事故频繁。由于其土壤电阻率高,降低杆塔接地电阻提高线路耐雷水平的难度较大;对于采用负角保护、减小屏蔽角与多重屏蔽的方法又受到杆塔结构的限制,一些老线路的改造难以进行。因此,需要采用其它更有效的防雷措施,如安装线路避雷器。

金属氧化物非线性电阻由于其优异性能,近年来被广泛地应用于电力系统,以限制各种不同类型的过电压。它的使用范围包括从低压弱电系统到百万伏电压等级的特高压[6~8]。将线路型避雷器并联在线路绝缘子的两端,可用于对雷电流进行分流,从而限制线路上的雷电过电压,降低线路跳闸率。目前,10 k V配电线路上的防雷措施一般很少采用线路避雷器,但在地势复杂或雷电活动极为强烈的地区,采用一般防雷措施的防雷效果并不明显,因此采用线路避雷器是一个值得研究的问题。本文将研究线路避雷器在高要10 k V配电线路中的应用。

2.1 ATP仿真模型

本文采用了电磁暂态仿真程序ATPDraw对10 k V配电线路的过电压水平进行仿真计算。线路绝缘子串闪络的判据采用相交法,即当塔顶上的电位与导线上感应电位的差值曲线同绝缘子串冲击放电伏秒特性曲线相交时,表明绝缘子串发生闪络[9]。因此,线路的防雷水平与3个重要因素有关,即雷电流强度,线路绝缘子的冲击放电伏秒特性和杆塔的冲击接地电阻。

线路模型采用ATP中参数恒定的Bergon模型,参数频率设在400~500 k Hz。杆塔等效为单相无损线杆塔,作为分布参数来处理,波阻抗取300Ω。冲击接地电阻采用工程上常用方法,即用固定的电阻值近似表示。雷电流波形取2.6/50µs的斜角波[10]。线路避雷器的基本参数以大企线实际安装的YH5w-17/50避雷器为依据[11],基本数据如表3所示。

2.2 工程实例

如表1所示,大企线的易击杆都为Zπ-15型杆,其杆塔参数和绝缘子型号比较统一,因此选取其中的#19杆为例进行过电压水平的仿真分析。#19杆如图1所示,其仿真模型如图2所示。

当雷电流幅值不高时,取5 k A,杆塔上各相绝缘子均未闪络,绝缘子串两端的电压波形如图3所示。

由规程计算结果得知,雷击杆顶时,10 k V大企线的耐雷水平I2=10.04 k A。故将雷电流增大到11 k A,此时单相绝缘子上所承受的电压达到了其冲击临界放电电压,A相绝缘子最先闪络。此时,由于线路并未跳闸,A相线路通过杆塔接地,相当于避雷线的作用,由于各相导线之间的耦合效应,使得B,C两相导线上感应出过电压,其极性与塔顶电位极性一致,所以B,C两相上绝缘子所承受的电压差反而减小,达不到临界冲击闪络放电电压,并不发生闪络,电压波形如图4所示。

当雷电流继续增大到15 k A,B,C两相上由耦合电压增加的导线电位并没有塔顶电位增加的多,所以耦合系数较小的B相先闪络,这使得B相也通过杆塔接地,C相上将感应出A,B两相上所产生的暂态过电压,且其极性与塔顶定位一致,因而C相电位继续抬高,达不到临界闪络条件,不发生闪络,如图5所示。

当雷电流继续增大到一定值时,取20 k A,杆塔上的电位上升得很快很高,C相上感应出的过电压与塔顶电位相比很小,所以三相绝缘子全闪络,如图6所示。

若在#19杆装设一组线路避雷器,当雷电流的幅值达到25 k A时,杆塔绝缘子两端三相导线的波形如图7所示。

可见,由于避雷器的截断作用,使得雷电流的幅值降低到50 k V以内,绝缘子不再闪络,从而对线路进行了有效的保护,提高了线路的耐雷水平。

3 结论

本文以广东高要10 k V大企线为例,对10 k V配电线路的防雷性能进行了规程计算,并建立相应的ATP模型进行过电压水平的仿真分析,ATP仿真结果表明,在易击段杆塔上安装线路避雷器可以有效的提高线路防雷性能,证明了本文的工作可以指导工程实际。

线路避雷器的选择性安装应该予以相当的重视,由于其昂贵的价格的限制,要结合杆塔周围的地形、气候、事物等因素进行综合考虑,将避雷器安装在最需要的杆塔上。在高要的工程实际中,10 k V大企线主线目前已在#3、#11、#19、#25、#29、#32、#36等易击杆各安装线路避雷器一组,从安装到现在,未发生该段线路因雷击跳闸现象,效果良好。同时,线路避雷器在大企线的投入运行,也进一步积累了线路避雷器的运行经验,为以后的线路避雷器运行管理规程提供可靠的依据。

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