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电容器在10kV配电线路雷电防护中的应用研究
2017-12-18 15:49:44  作者:贾国滨 高寒等  来源:中国设计师网  
  •   本文针对10kV配电线路耐雷水平低、通常没有安装避雷线及线路避雷器的保护、雷击跳闸率高等现状,提出一种利用在绝缘子两端并联放电间隙与电容器串联支路,通过电容器分流雷电流的原理来对10kV配电线路雷电过电压进行防护。阐述了利用并联放电间隙与电容器串联支路防雷机理以及利用电磁暂态仿真程序ATPDraw建立仿真模型,计算绝缘子两端在遭受雷击情况下承受的电压和通过电容分流的雷电流大小;通过理论分析与仿真计算表明,在绝缘子两端并联电容器有良好的防雷效果;同时也指出了并联电容方法的优势与不足。
    关键字: 0kV配电线路 防雷

  华北电力大学电气与电子工程学院 贾国滨 高寒 李卫国

  中国电力科学研究院 王健一 李金忠

  1 引言

  10kV配电网分布广泛,承担了面向广大用户直接提供电能的任务,与用户关系密切,其可靠性越来越受到人们的关注。同时10kV配电线路经过的地形多样,网络的结构非常复杂,自身绝缘水平低,通常没有避雷线与避雷器保护,使得10kV配电线路非常容易遭受雷击,引起停电事故,给国民经济和人们生活带来严重的损失[1]。统计表明,10kV线路中因雷电引起的停电事故占总事故的21.91%[2],因此,加强对10kV配电线路的防雷保护措施是非常有必要的。

  10kV配电线路受雷电过电压的影响,又可以分为直击雷和感应雷。由于10kV配电线路缺少防直击雷的保护措施,对于直击雷这种过电压幅值高达数百千伏,雷电流幅值高达数十千安的直击雷,配电线路绝缘子极易发生闪络,雷击跳闸率几乎为100%;相比较而言,感应雷过电压导致的故障比例约雷击事故的80%[3],过电压幅值一般在400kV~500kV。因此,在配电网防雷保护中感应雷过电压的防护应当引起足够的重视[4]。

  通常10kV配电线路的防雷方法有加强线路绝缘,装设放电间隙,降低接地电阻,装设线路避雷器等,但是考虑到经济性和方便维护,在10kV配电线路当中价格低廉,性能可靠的放电间隙得到广泛应用[5]。放电间隙在配电线路防雷当中起到了良好的防雷效果,有效地防止了绝缘子在遭受雷击时被打炸而引起配电网永久性故障;绝缘子两端并联放电间隙在雷电过电压引起多相放电间隙被击穿时,会发生相间短路事故;并且在放电间隙被击穿产生的电弧,因放电间隙不能很好地固定弧根而产生的沿络[6]也会对绝缘子产生损伤,影响绝缘性能。

  本文对在绝缘子两端并联放电间隙或者加装线路避雷器在雷击引起多相同时接地而导致的相间短路问题,提出了一种采用适当大小的电容器来加强配电线路防雷的方法,这种方法不仅能在绝缘子遭受雷击时,降低绝缘子两端电压,避免绝导致缘子发生闪络;同时还能在多相发生闪络时,避免相间短路,限制相间短路电流。

  2 电容器在10kV配电线路中防雷应用现状

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  3 绝缘子两端并联电容器的防雷原理

  10kV配电线路在遭受雷击时,施加在绝缘子两端电压通常会大于绝缘子闪络电压,绝缘子发生闪络后,闪络电流以及随后的工频续流会流过绝缘子表面,由于绝缘子沿面灭弧能力弱,雷电建弧率高,所以极易引起线路跳闸,威胁配电网的供电可靠性。为了防止10kV配电线路在雷击时发生故障跳闸,就需要配电线路在遭受雷击时,将雷电流分流,避免绝缘子在雷击时发生闪络。

  在绝缘子两端若直接并联电容,会导致在线路的正常运行过程中,电容中会有电流通过,影响线路的正常运行,故在电容同绝缘子直接并联之前,使用15kV放电间隙同电容串联,这样在线路正常运行过程中,将不会有电流流过电容。只有在遭受雷击时,放电间隙被击穿后,才将电容接入。在本小节的分析中,暂时忽略放电间隙的影响,重点分析电容器

  在雷击过程中的防雷作用。

  如图1所示,假设雷直击2#及3#杆塔区间导线时,雷电波会通过导线向2#,以及3#杆塔分散传播,雷电波经过2#及3#杆塔上连接的电容器时,应用彼德逊法则对其进行分析。

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  5 采用绝缘子两端并联电容防雷优势与不足

  绝缘子两端并联电容在雷电过电压防护中,引导雷电流泄入大地的同时,也将雷电流分流到导线两侧的上一级和下一级杆塔,在上一级和下一级杆塔也开始向大地泄入雷电流,从而在线路当中形成了多个泄流点,减轻了遭受雷击杆塔的泄流压力。

  在绝缘子两端并联电容解决了单纯采用放电间隙在雷击过程中引起多相同时闪络而造成相间短路的问题,避免了因雷击引起的配电线路跳闸,提高了供电可靠性。

  由于电容器在雷电发生时需要承受瞬时的大压和大电流,对电容有较高的要求,电容器的制造和加工难度大,相应的成本较高。

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  6 结论

  首次提出了采用绝缘子两端并联电容的方法,对雷电过电压进行防护,从理论上仿真计算分析了并联电容防雷的有效性,通过以上分析可以得出以下结论:

  (1)在绝缘子两端并联电容器,在雷电过电压时起到了很好的分流作用,且电容器的大小决定了电容器分流的效果,在一定范围内,电容越大,电容的分流效果越好,绝缘子两端电压差越小,绝缘子两端电压 越小。

  (2)针对遭受不同大小的雷电流雷击时,若在绝缘子两端并联电容较大,则能有效限制绝缘子两端电压;若并联电容较小,则使绝缘子两端电压产生过零点,为与电容串联的放电间隙灭弧提供良好条件。放电间隙与电容两者能够相互配合,防雷效果较为明显。

  参考文献

  [1] 李景禄,吴维宁,杨廷方,等.配电网防雷保护的分析与研究[J].高电压技术,2004,(4):58-59.

  [2] 谭琼,李景禄,李志强,山区电网防雷技术[M].北京:中国水利水电出版社,2011.

  [3] 黄清社,徐奔,彭利强,等.10kV架空绝缘导线防雷保护的措施研究[J].高压电器,2010(12):32-40.

  [4] 王羽,文习山,蓝磊,等.提高架空配电线路耐雷水平的仿真分析[J].高电压技术,2011(10):2471-2476.

  [5] 李孛.10kV配电线路防雷措施[D].长沙:长沙理工大学,2009.

  [6] 李福寿.长绝缘子串引弧间隙的最佳配置[J].上海交通大学学报,1986(1):58-66.

  [7] 刘金亮,杨彩梅,林国华.架空配电线路感应雷过电压仿真分析[J].电瓷避雷器,2012(4):32-38.

  [8] 李琳,齐秀君.配电线路感应雷过电压计算[J].高电压技术,2011(5):1093-1099.

  [9] 李祥超,王金虎,唐宏科,等.电容器在低压输电线路防雷防护中应用的分析[J].电瓷避雷器,2011(5):85-89.

  [10] 郭禧斌,陈富安,黄留欣.城市配电网容性无功补偿研究[J].电力电容器与无功补偿,2014(2):6-11.

  [11] 李志娟,李景禄,宋坷,等.关于农网35kV线路防雷措施探讨[J].电瓷避雷器,2007(5):39-42.

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