我國礦井多采用35kV供電方式。鄭州煤炭工業(集團)有限責任公司供電所管轄的300km以上供電線路中,35kV線路217km,占全部線路長度72.4%。這個電壓等級線路除進出線兩端1.5km范圍內安裝有架空避雷線,中間均為無架空地線保護線路。此類線路設計絕緣等級較低、抗雷電能力較差,由雷電引起的接地短路、絕緣子閃絡、斷線等情況占線路故障總數60%以上。如何提高線路防雷電能力是煤礦供電部門急待解決的問題。河南工程技術學校從線路安全維護的角度,研究采用多種措施降低雷害對線路的影響,提高了供電可靠性。
⑴雷電分析。
①直擊雷。雷電直接作用在導線或設備上,造成設備或絕緣損壞。直擊雷在線路中作為雷電波的侵入路徑,由直擊導線、反擊導線和導線間的反擊等在線路中產生非常高的過電壓。沒有架空避雷線保護的線路經常有遭直擊雷的危險;有架空地線的線路屏蔽效果不好時,線路導線也會遭受直擊雷。導線遭受直擊雷,雷電壓波形在數微秒內達到閃絡電壓波幅,接著絕緣子閃絡電壓波被截斷,閃絡后的波尾電壓很高。有時相鄰或相距數米的鐵塔也會發生連續閃絡,絕緣子閃絡的雷電波沿線路傳播,嚴重時引發接地短路事故。雷電傳播途中,遇到導線連接端口或其它原因引起的導線阻值增大等異常情況時,可能發生嚴重的斷線事故。
②反擊。遭到雷擊時,鐵塔、架空地線接地或者架空地線接地阻值較高,鐵塔、架空地線的電位得不到及時釋放,就會使絕緣子閃絡,雷電波侵入導線,形成鐵塔反擊。線路發生雷電反擊的后果使絕緣子閃絡或者擊穿,造成接地短路或者線間短路事故,影響線路運行。
③感應雷。雷雨天氣時,靜電感應在導線接近雷云一側產生和雷云極性相反的電荷。其中,導線大地側的電荷通過中性點或者泄漏電阻流入大地,導體雷云側的正電荷被雷云束縛在導線上。如果雷云對云間或者大地放電,電荷就會消失。對此放電的響應,導線上的束縛電荷變成自由電荷,以光速向兩端傳播。這種由雷云間放電或從雷云向大地放電,在導線里感應引起的過電壓現象就是感應雷。感應雷對35kV及以下絕緣水平較低的線路破壞較大,常引起絕緣故障,影響線路的正常運行。
⑵防雷措施。
加裝線路架空避雷線,通過架空避雷線對導線進行充分的屏蔽,使導線盡量免遭直擊雷襲擊;在線路中安裝避雷器,用來阻斷線路遭遇直擊雷或者感應雷后沿導線傳播的雷電波,減少或者消除雷電引起的各類事故;在發生雷電故障或者雷電事故較多的35kV線路桿塔上安裝避雷針,減少桿塔反擊事故的發生率;延長和加深接地網,降低鐵塔接地系統的接地阻值,避免鐵塔反擊事故的發生;增加瓷絕緣子片數,加大絕緣子爬距,或者選用復合類絕緣子,降低線路污閃掉閘率。 他們通過對以上防雷措施的比較,認為在35kV架空線路全線桿塔上加裝架空避雷線,工程施工和資金投入都有一定的難度,而且實際意義不大。由于導線具有良好的導電性,直擊雷擊中導線后直接擊斷導線的可能性很小;發生雷擊斷線的主要原因大多是雷電波侵入導線后,經過導線傳播產生的熱量在導線薄弱處將導線燒斷。因此,行之有效的方法是在架空線路安裝避雷器,線路避雷器可以有效地將沿線路傳播的過電壓釋放掉,起到防雷的效果。
⑶防雷實踐。
①分別在遭受雷擊造成線路故障較頻繁的I平申線路17#、35#桿和II平申線路17#、30#桿各安裝2組HY5WX-57/156型35kV氧化鋅線路避雷器,I平告線路23#、47#、68#桿、35#桿和II平告線路23#、48#、70#塔各安裝3組HY5WX-57/156型35kV氧化鋅線路避雷器。
②在4條線路中多次發生絕緣閃絡或者絕緣擊穿的部分桿塔上安裝線路避雷針,埋置避雷針接地引線;對原有的鐵塔架空接地引線進行測試,阻值不符合要求的進行改造處理,直至接地阻值小于10Ω為止。
③分批更換平申線路、平告線路的懸垂絕緣子,將原有的非耐張絕緣瓷瓶更換為抗污閃性能較好的FXBW4-35/70符合絕緣子,增加線路絕緣的抗污閃能力。
④加強對線路的巡視檢查,對導線的連接處、受損處等薄弱環節及時進行檢查修理。導線采用并溝線夾連接的,春天檢查時將線夾打開清洗,涂導電膏,降低接觸面阻值。導線受到外損時,采用導線修補管及時將損傷面修補,防止雷電引起的斷線事故。 采取上述措施后,他們對4條線路建立了跟蹤記錄檔案。通過長達2a多 的跟蹤觀察,防雷效果理想,年均雷電事故率由4次以上降為1.5次以下,由雷電引起的故障或者事故損失大為減少,礦井供電安全性得到顯著提高。
⑷體會。
①線路避雷所保護的線路長度是有限度的,2組避雷器相距很遠會使絕緣子閃絡的雷電波沿線路傳播時間或者路徑較長,得不到及時釋放的雷電波在傳播途中仍能造成線路故障。
②雷電能量遠大于避雷器容量時,即使一次強電流沒使避雷器擊穿,但多次超過一定限度電流時會引起劣化損耗,亦可造成避雷器擊穿,引發避雷器接地短路事故。該礦區I平告線路23#桿A相避雷器發生過此種情況。解決辦法除了增加避雷組數外,還要定期對避雷器進行試驗和及時更換,保持避雷器能夠正常工作。