[01374469]输电线路避雷器寿命监测与雷电故障精准定位及防护

本项目主要包括500kV线路避雷器寿命在线监测装置研制、输电线路防雷综合治理方案及闪络塔定位研究、评估与降低杆塔地网冲击接地电阻研究等子课题,上述项目主要来源于武汉大学与国家电网公司华中分部、福建省电力有限公司检修分公司、中国超高压输变电建设公司、湖北省电力公司十堰供电公司的合作研究项目。 输电线路分布广,易受雷击。输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。耐雷水平与线路绝缘的冲击耐压U50%、冲击接地电阻、来波陡度等有关。 随着电力网容量不断扩大,变电站如雨后春笋般出现,输电线路走廊纵横交错遍布全国各地,涉及高土壤电阻率地区的变电站、输电线路走廊逐步增多,由此经常出现接地网冲击接地电阻不满足运行要求的问题。据我国电力系统事故的统计分类表明,由于雷击引起的跳闸事故约占总跳闸次数的40%～70%,尤其在雷电活动强烈、土壤电阻率高以及地形复杂的地区,雷击输电线路而引起的故障率更高。雷击线路时,当雷电流足够大而使作用在线路绝缘上的雷电过电压超过线路的冲击绝缘水平时,线路绝缘子就会闪络。线路绝缘发生冲击闪络后,会有一定的概率转变为稳定的工频电弧而引起跳闸。据统计,2004年国家电网公司所属系统220～500kV输电线路共发生跳闸1253次,其中因雷击引起的跳闸410次,占总跳闸次数的32.72%,位居各类故障的第一位。2005年,国家电网公司所属系统110～500kV输电线路共发生跳闸2297次,其中因雷击引起的跳闸797次,占总跳闸次数的34.69%,位居各类故障的第一位。可见近年来,雷击跳闸一直处于各类故障的第一位。 雷击输电线路导致绝缘子闪络引起的电力系统故障不仅发生的次数较多,而且造成的损失也很严重。因此,电力部门必须及时掌握高压输电线路的绝缘子在何时何地发生了闪络,以便对线路进行抢修,恢复送电。但是由于电力网覆盖范围很广,线路上杆塔数以及绝缘子数众多,巡查时需花费大量的人力物力以及时间,并不能及时地发现故障点解决问题。如果能设计出一种系统在线监测杆塔绝缘子闪络情况,将闪络信息及时发送出去,对维护电网稳定,保障输电安全有十分重要的意义。 为了减少输电线路雷害事故,提高系统运行的可靠性,通常采取提高线路绝缘水平、降低杆塔接地电阻、减小避雷线保护角等防护手段,但有的效果不明显。国内外采用避雷器来限制线路的过电压水平,有好的防雷效果。安装在线路上的无间隙氧化锌避雷器,优点是不存在放电间隙的放电时延,能可靠有效的吸收过电压的能量。我国配电网中10kV合成绝缘氧化锌避雷器已经得到普遍应用,在110～220kV电压等级,氧化锌避雷器也得到较好的运行效果。随着线路上避雷器的应用越来越广泛,对线路避雷器提出了运行安全可靠,抗老化、防污闪等方面的进一步要求,线路上串联间隙避雷器的应用越来越普遍。 带间隙线路避雷器投运后,由于无泄漏电流,不能采用常规无间隙避雷器监测其泄漏电流和小冲击电流计数的方式监测其性能的好坏,很难进行预试和检测,损坏后不起作用也很难知道,这是目前国际上的一个难点,也是限制了线路避雷器现场使用的一个原因。因此对带间隙避雷器运行状况进行监测显得尤为重要。 同时,为减少线路雷击跳闸率,尤其是反击跳闸事故,必须有效降低杆塔接地装置的冲击接地电阻,在这一点上国内外学者均已达成共识,然而如何实现也是国内外亟待解决的实际问题。目前,一些电力单位盲目的采取延长接地装置的方法降低杆塔的接地电阻,虽然其工频接地电阻已降到小于2Ω（远小于规程要求的10Ω）,但仍出现雷击跳闸事故。由于混淆了接地装置工频接地电阻和冲击接地电阻的概念,以至于浪费了大量的人力和物力。因为雷电流具有雷电流幅值高、波头时间短的特点,后者可能导致雷电流还未达到地网远端,雷电压已达峰值,此时可能会出现闪络事故。如何合理、有效和经济地解决这一问题,保障电力系统安全可靠地运行,具有十分重要的理论意义和工程价值。 技术原理如下： （1）研究带间隙氧化锌避雷器的运行寿命与大电流冲击次数的关系作为监测装置开发依据; （2）基于工频短路电流流向判别的交流输电线路塔闪络塔定位方法研究; （3）重点地区输电线路差异化防雷技术研究,为雷击多发区防雷技术提供参考; （4）基于模拟与真型试验、仿真计算,全面客观评估杆塔冲击接地电阻大小及冲击特性,提出可行的降阻方案。 完成以下性能指标： （1）研制带间隙线路MOA寿命在线监测装置; （2）开发出经济可行的交流输电线路雷电故障精准定位系统; （3）针对雷电活动多发区、高土壤电阻率地区开展雷电防护技术针对性研究和杆塔地网冲击特性研究,降低重点地区输电线路雷电故障事故发生率。 （1）建立了输电线路用氧化锌避雷器的寿命与雷电流冲击次数对应关系,完成了基于雷电取能的500kV线路带间隙氧化锌避雷器寿命监测器的研制及示范应用,提高了输电线路避雷器的工作可靠性; （2）提出了基于工频短路电流流向判别的交流输电线路雷电故障精准定位方法,研制了交流输电线路雷击闪络杆塔定位系统,实现了雷击杆塔闪络故障的准确定位; （3）建立了评估杆塔地网冲击特性真型试验方法,提出的冲击电压测量回路串联电阻方法解决了电压测量过程中的波形畸变问题;提出的辐射型改进1型、改进2型接地体和星型改进1型、改进2型接地体的杆塔地网降阻改造方案,有效降低了杆塔地网的冲击接地电阻。 适用于输电线路主要防雷装置-避雷器寿命监测、雷电故障精准定位和防雷改造领域,其中,避雷器寿命监测装置可推广到35kV及以上避雷器状态监测,输电线路雷电故障定位系统可推广至输电线路闪络塔精准定位。项目采用的原理经过反复验证可靠,开发的监测装置已发现多起相关故障。项目研究成果已在湖北、安徽、福建、广东等省市多条输电线路得到了较大范围推广应用。