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中圖分類號:TU895 文獻標識碼:A 文章編號:
1、引言
2010年2月23日,操作隊在對所轄一座66KV變電站正常巡視時,發現66kV母線A相金屬氧化鋅避雷器在線監測儀指針指示在最大量程0.9mA偏右處,已經到頭了。B相指示為0.75,C相指示為0.8,經過對比,三相較前幾次巡視時數值均有較大幅度的增長。當時天氣有霧,經過仔細觀察,未聽見放電異音,避雷器本體及附件未見放電痕跡,紅外檢測未發現溫度分布異常。接到這個報告時,我們一時不知該怎么辦。該變電站為單母線運行,如果停電處理不僅影響本地居民、企業的正常用電,而且該站還擔負著朝鮮綢緞島、新西里島的供電任務,一旦停電將會造成嚴重的國際影響。
2、原因分析
為了弄清楚運行中的設備允許的泄漏電流標準到底是多少,我們查了大量的標準、規程,查到的相關規定如下:
《110(66)kV~750kV避雷器技術標準》
第6.1.2.2條在持續運行電壓下通過避雷器的持續電流應不超過規定值,該值由制造廠規定和提供,所提供值應包括全電流和阻性電流基波分量的峰值。
交接試驗時,在系統運行電壓下測量持續電流即運行電壓下的交流泄漏電流應不大于出廠試驗值的30%。
第6.1.3.3條 漏電流也稱為泄漏電流。無間隙金屬氧化鋅避雷器在0.75倍直流1mA參考電壓下的漏電流不應大于50μA?!?/p>
《110(66)kV~750kV避雷器技術監督規定》和 《電力設備預防性試驗規程》(DL/T596―1996)
項目名稱 監督手段 要求
金屬氧化物避雷器直流1mA電壓(U1mA)及0.75 U1mA下的泄漏電流
定期試驗 U1mA不得低于GB11032規定值,與初始值和制造廠規定值相比,變化應不大于±5%;0.75 U1mA下的泄漏電流應不大于50μA
金屬氧化物避雷器運行電壓下的交流泄漏電流
定期試驗 測量運行電壓下的全電流、阻性電流或功率損耗,測量值與初始值比較,有明顯變化時應加強監測。當阻性電流增加0.5倍時應縮短試驗周期并加強監測;增加1倍時,應停電檢查
通過上面的規定我們得知對于運行中的避雷器泄漏電流的大小并沒有明確規定,只是對出廠試驗、交接試驗和日常監督試驗值做了規定,也就是說避雷器泄漏電流是否合格,能否正常運行是通過試驗、數據比較來判斷的。
三、處理經過
由于2009年未進行預防性試驗,所以我們決定結合此次異常由試驗所提前對該組避雷器進行2010年度的例行試驗,2月24日下午試驗所進行帶電測試數據如下:
將上面的數據與2008年的數據對比我們發現,全電流分別比08年增加A相28%、B相29.7%、C相7.5 %,阻性電流分別比08年增加A相355%、B相506%、C相116%,其中本次試驗成績中阻性電流占全電流的比例分別為A相47%、B相55%、C相19%。通過上面的數據比較,我們發現避雷器存在嚴重的問題,需要停電做全面的試驗、檢查。
為了盡可能保證供電可靠性,我們一邊進行計劃停電檢修的準備,一邊聯系避雷器、在線監測器生產廠家幫助進行原因分析。
避雷器巡視記錄
通過對連續幾天的巡視記錄分析,我們發現:
(一)、避雷器在線監測儀指示隨著天氣的好轉,各相數值呈下降趨勢,這為我們執行計劃作業創造了條件;
(二)、試驗表明A、B相泄漏電流較大,C相泄漏電流相對較小,但從巡視記錄看,在線監測儀B相指示始終小于其他兩相。難道是在線監測器有問題嗎?我們查看了歷年的試驗報告,結果表明均合格,我們又詢問了廠家,技術人員告訴我們在線監測儀可能存在一定的誤差,但應與實際泄漏電流大小成正比,不應該出現這么大的誤差。為了進一步了解、核實情況,我們于27日上午到達前陽變電站進行現場分析。到達現場后我們首先對避雷器在線監測儀進行了查看,發現B相型號與A、C相型號不同,B相型號為JSH―4型,A、C相型號為JSH―3型。不同的區別在于前者分別對避雷器瓷套外污穢度和瓷套內泄漏電流分別進行測試,后者無法區分,只能測試總體的泄漏電流。在現場我們發現B相顯示的瓷套外污穢度為15μS,處于注意狀態。(監測器刻度顯示:0~7.5μS為正常狀態,7.5~17.0μS為注意狀態,17.0~37.5μS為異常狀態,37.5μS以上為嚴重狀態)。我們又對避雷器本體進行了目測,發現表面經過雨水的洗刷后非常的臟污,查閱檢修記錄簿該避雷器自2007年以來一直未清掃,而且該變電站地處海岸線附近,所處地區污穢等級為D級。
有了新發現后我們決定暫不提報停電計劃,先對避雷器本體進行水沖洗,然后再進行帶電測試,待試驗結果出來后再決定下一步的處理方案。3月1日連續多日的雨水結束,天氣達到帶電作業的要求。水沖洗后的帶電試驗數據如下:
避雷器水沖洗后的在線監測器顯示的數值分別為:A相0.55mA、B相0.36mA、C相0.49mA,說明在線監測儀也是比較準確的。至此,前陽66kV變電站66kV母線避雷器泄漏電流異常處理完畢,恢復正常,可以繼續運行。
關鍵詞:避雷器;在線監測儀;故障;要因;措施
中圖分類號:F40 文獻標識碼:A
1 在線監測儀介紹
避雷器在線監測儀是與避雷器串聯工作用來記錄避雷器動作次數的一種裝置,某些廠家的產品還兼有檢測泄流電流以及指示帶電、警示的功能,其內部結構主要由計數電路、氧化鋅閥片組成。監測器中的毫安表用于監測運行電壓下通過避雷器的漏電流(峰值),可以判斷避雷器內部是否受潮,元件是否異常等情況;動作監測儀則記錄避雷器的過電壓動作次數。因此,避雷器在線監測儀能夠實時檢測到避雷器內部是否出現問題以及準確記錄避雷器動作次數。
在線監測儀工作狀態是否良好,關系到設備的可靠性,尤其是母橋或主變引線避雷器在線監測儀,如果發生故障,則可能導致大范圍停電,而且處理故障時涉及設備數量多,風險大。
2 運行現狀
某供電局管轄有25個變電站,站內共計有716個避雷器在線監測儀,2011全年共更換避雷器在線監測儀48個,設備年缺陷率高達6.71%,總共發生在線監測儀缺陷20次,平均每月發生1.67次,故障發生頻率高。主要缺陷是進水或受潮、不能正確計數及其他原因(如觀察窗模糊、接頭斷裂等)。
3 故障原因
3.1 可能原因分析
通過對日常檢修工作拆卸回來的在線監測儀進行解剖研究,并從人員、設備、環境和方法四大方面尋找所有可能導致“在線監測儀故障率過高”的原因,總共找出了15個末端因素,得出了以下因果分析圖(圖1)。
3.2 要因確認
通過因果分析圖及對監測儀進行解體研究,我們得出了三個造成避雷器在線監測儀故障率高的要因,分別是沒有密封墊圈、接頭設計不合理及彈簧失效,要因分析如下。
首先是沒有采用密封墊圈(如圖2所示),在接頭及內部采用金屬平墊,雖然能是接觸部位受力面積增大及均勻受力,減少瓷瓶的應力損傷,但密封效果差。
第二是接頭選型不當,沒有采用傘形接頭(如圖3所示)。采用非傘形接頭時,雨水容易沿著螺紋及平墊進入瓷瓶然后進入監測儀內部,使內部計數電路受潮甚至短路失效。
第三是彈簧失效(如圖4所示)。在線監測儀的動作原理主要是利用電磁感應原理:當線圈帶電時吸合鐵片計數一次同時彈簧拉伸儲能為鐵片復位作準備;當線圈電壓消失時,則靠通過彈簧收縮使鐵片復位。很明顯,這是一根拉伸彈簧。查閱相關技術資料,我們在GB/T 1239.1-2009 冷卷圓柱螺旋彈簧技術條件第1部分(拉伸彈簧)里面可以看到:拉伸彈簧是承受軸向拉力的螺旋彈簧。在不承受負荷時,拉伸彈簧的圈與圈之間一般都是并緊的沒有間隙并應具有高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性等。從圖可以看到計數回路采用的彈簧圈數較少,該種彈簧耐疲勞性差,顯然不符合工作要求。把該種彈簧拉緊后,回路均能正確動作。
從上述三點分析可以知道,要降低變電站避雷器在線監測儀的故障率,必須抓住主要原因,從密封、接頭及彈簧三個方面做出整改及預防。
3.3 整改及預防措施
措施一:接頭處加裝密封墊圈。為進一步加強監測儀瓷瓶上端的密封性能,可以采用一些環形橡膠小墊圈(俗稱算盤子),小墊圈的內徑以剛好能夠套進傘形接頭的螺釘為宜,把小墊圈套進螺釘,然后把螺釘穿進空心瓷瓶,再安裝到監測儀上面,這樣就可以很好的起到了防水作用,瓷瓶接頭的密封性能就有了質的飛躍。
措施二:更換傘形接頭。該接頭具有傘形邊沿,所以即使下雨,雨水也只會沿著傘形金屬邊沿流下來,而不會通過瓷瓶上端滲入到監測儀內部,從而很好地起到防水的功能,加強了監測儀瓷瓶上端的密封性能。
措施三:在各接頭處及有可能進水的地方加玻璃膠密封。在接頭及玻璃與外殼結合處注射玻璃膠,可以有效增強監測儀的密封性能。
這里要說明的是為什么要使用玻璃膠密封。因為玻璃膠作為建筑材料及鋁、陶瓷、玻璃等材質的密封,在國內發展得比較成熟,價格相對便宜,容易購買,每支才十多塊錢,且一支可用十個左右的監測儀密封,也就相當于毎個監測儀才增加不到2塊的成本。此外,玻璃膠密封性能好、使用方便可以用專用注射槍把玻璃膠注射到細小角落,能達到我們對各接頭的密封要求,且不會影響監測儀材質。經過各種型號的玻璃膠的優缺點對比,并針對在線監測儀的玻璃及鋁質外殼,可以選用中性硅酮耐候密封玻璃膠,可有效應對惡劣的室外環境。
措施四:更換計數回路老化的彈簧。按照GB/T 1239.1-2009技術標準的要求,作為計數用的彈簧標準是:有效圈數大于10圈;支撐圈數大于1.5圈; 圈與圈之間在常態下是并緊的,沒有間隙或間隙很小。對于在線監測儀可以使用如下參數的彈簧:有效圈數為16圈,支撐圈數為2圈,圈與圈之間在常態下間隙很小的彈簧。
結語
避雷器在線監測儀作為一種數量多及功能重要的設備,其故障率高低直接影響著供電可靠性及電網的安全穩定運行,本文從實際工作出發,運用QC及PDCA的方法,成功找出在線監測儀故障率高的三點主要原因,并通過解體研究和查找技術標準,有效的提出并實施了四點整改及預防措施,有效的降低了在線監測儀的故障率,為設備及電網的可靠穩定運行做出貢獻。
參考文獻
傳統的定期試驗方式由于預防性試驗電壓遠遠低于實際運行電壓,往往不能發現設備絕緣缺陷。采用電氣設備絕緣在線監測技術,在不停電狀態下,將設備運行狀態和主要絕緣參數通過傳感器和模數轉換器傳至計算機進行數據處理,對設備進行實時在線監測,并用分析的結果來指導對一次設備的維護,可以大大縮短運行設備的檢修時間及檢修周期,為變電站安全運行提供可靠保證,具有非常現實的意義。
1、電力一次設備在線監測的特點
電力一次設備的在線監測裝置是智能電網能夠進行自愈控制的基本結構。電力一次設備在線監測由對一次設備的狀態進行常規檢測,發展成一次設備狀態的檢修,取代了舊時的計劃檢修。其監測裝置大致可分為集中式和便攜式兩類。一次設備在線監測裝置可采用集中式。利用監測裝置對不同的電力設備進行監測,對電力設備的運行狀態和絕緣狀況進行分析、判斷。
2、變電站一次設備在線監測方法和配置
2.1避雷器在線監測
避雷器在線監測主要是測量泄漏電流,利用避雷器運行時的接地電流作取樣裝置的電源,將泄漏電流的大小轉換成光脈沖頻率的變化。采用光纖取樣,微機數據處理和數據通訊等技術,解決避雷器泄漏電流測量、傳輸中的無源取樣、高電壓隔離和數據遠傳等關鍵問題和泄漏電流超標即時報警,實現避雷器絕緣狀況在線監測的自動化。
2.2GIS組合電器在線監測
1)SF6氣體壓力檢測
監測SF6氣體壓力是GIS設備基本的自檢測項目之一。目前該項技術較為成熟,選擇具有DC4~20mA模擬輸出的氣體密度繼電器,可以定量檢測SF6氣體壓力。
2)氣體水分檢測
SF6絕緣設備密封性良好,因此檢測SF6水分的必要性要弱一點,推薦用于新的GIS設備或SF6斷路器,對于已有的GIS設備和SF6斷路器,考慮到傳感器接入可能導致密封問題,不做硬性推薦。
3)局部放電檢測
GIS局部放電是GIS最常見的故障模式。目前,適合GIS局部放電檢測的技術主要有羅氏線圈耦合式和天線接收式。
4)斷路器機械和動作特性狀態監測
傳統的方法是采用光電編碼器測量,但電路復雜、響應速度慢、穩定性不高。目前已開始使用高精度直線位移傳感器或角位移傳感器來直接測量動觸頭的相對位移量,分析計算行程曲線得到動觸頭行程、超行程、平均分(合)閘速度、分(合)閘速度、分(合)閘時間、分(合)閘速度時間曲線等參數。
5)儲能電機工作狀態
斷路器儲能電機工作狀態是操動機構狀態的一個重要方面。對于液壓機構,除了檢測儲能電機工作電流、電壓之外,還應統計儲能電機的啟動次數/日、累計工作時間/日等。日啟動次數增加或日累計工作時間增加極可能是液壓系統出現泄漏。
2.3變壓器在線監測
變壓器在線監測項目包括:油色譜在線監測、本體及套管介損、局放、瓦斯氣體、壓力釋放、油流繼電器、油位、變壓器溫度在線監測、接頭溫度紅外監測等。
3、重慶星寨220kV變電站一次設備狀態監測系統配置方案
3.1總體方案
重慶星寨220kV變電站狀態監測系統宜采用分層分布式結構,由傳感器、在線監測裝置就地單元、后臺系統構成。變電站統一配置一套設備狀態在線監測系統,對主變壓器、避雷器等一次設備進行在線監測。利用一體化監控系統的綜合應用服務器實現一次設備狀態監測數據的匯總分析。各類設備狀態監測統一后臺分析軟件、接口類型和傳輸規約,實現全站設備狀態監測數據的傳輸、匯總和診斷分析。綜合應用服務器通過對數據分析及綜合專家系統軟件,識別設備已有的或正在發生的或潛在的設備性能劣化現象,對設備狀態做出狀態預判和檢修決策建議,并采用IEC61850規約遠傳至遠方監控中心,同時接收遠方監控中心的控制命令并返回信息。
3.2實施方案
1)監測參量
2)主變壓器
3)避雷器
避雷器在線監測主要監測:泄漏電流、動作次數。
傳感器采用外置方式安裝。220kV避雷器在線監測智能控制器就地安裝于GIS匯控柜內。避雷器狀態監測系統單獨組網接入綜合應用服務器。
4)220kV GIS
GIS設備在線監測配置:一臺SF6密度監測單元,主要監測GIS氣室SF6氣體壓力等狀態量。
傳感器采用外置式安裝,監測單元安裝在GIS匯控柜內,匯控柜就地安裝。在線監測單元接收各傳感器采集的數據,經過處理后將信息通過光纖以太網按DL/T 860標準送至在線監測的統一后臺。
4、結論
[關鍵詞]避雷器;避雷器放電記數;GIS超聲波局放檢測
中圖分類號:TM862 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)15-0178-01
1.序言
避雷器在預防雷電沖擊中,產生著巨大的作用,它在一定程度上減少了不必要的經濟損失。但是在輸電電纜中,避雷器經常遭受雷擊,導致避雷器出現故障,從而出現避雷器不工作的現象。因此就需要加強對避雷器運行的檢測。
2.避雷器常見問題
2.1 長時間工作電壓損壞
避雷器運行的工作原理是通過自身連接的線路進行泄露電流。日積月累的工作導致線路老化,同時泄露電流量的增加,加快了避雷器劣化速度。并且泄壓電路自身具有阻力,在阻力產生時,對電線的損壞加強。根據現在使用的避雷器數據分析得知,采用新技術、新工藝生產的避雷器,在一定程度上具有穩定性。不因為長期的使用而導致電阻力改變,從而能保證避雷器在輸電電纜線路上能長久的工作,在一定程度上減少了避雷器更換和維修的工作量。
2.2 雷電沖擊電壓損壞
在避雷器經受電流沖擊時,電流會影響線路中某些物質,改變其穩定性,導致避雷器在運行中能力逐漸衰弱。根據長期統計數據顯示,通過避雷器的電流與電壓成正比,即通過避雷器的電壓增強時,通過避雷器的電流也會增強。當電流達到某個臨界值時,曲線會呈現指數函數增長,當達到極限時,避雷器無法承受,就會損壞避雷器。
2.3 環境影響
避雷器由于其工作的特殊性,對運行的環境要求比較高。例如當避雷器表面受到污染或內部受潮時,會改變避雷器內部的特性,從而影響通過的電流大小。當某一次通過避雷器的電流較強時,就會加劇避雷器的損壞速度,從而對避雷器造成無法修復的損壞。
3.輸電電纜避雷器檢測方法
3.1 避雷器放電記數在線監測
在輸電電纜的日常監測中,采用的最普遍的檢測手法是避雷器放電記數在線監測。因其檢測較為方便且能清楚的觀察,在很多GIS變電站和敞開式變電站中最為常見。
3.2 檢測的狀態量
輸電電纜避雷器放電記數是根據避雷器在工作時在線檢測放電次數和泄露電流來計算數據。放電次數主要以通過該避雷器的電壓大于限制電壓的次數為準,電流泄露以該避雷器的絕緣情況來分析,這是使用避雷器最容易檢測和分析的數據,所以通常情況都采用放電記數在線檢測的方法。
3.3檢測原理分析
放電記數檢測主要通過在線監測儀檢測,主要由電容器和電磁記數器、 整流硅堆、閥片等元件組成,設備簡單方便,容易操作。只需將在線監測儀串聯在避雷器底座法蘭和地線之間即可。
3.4 測試結果
在本次的模擬實驗中,發現避雷器記數在線監測也存在一定的缺陷。當在同一避雷器中,使用A.B.C三項電路時,將數據記錄如下表1:
A相、B相電路是220KV電壓、C相電路是110KV電壓,但是結果顯示,電路B和電路C測試的泄露電流數據相同,但是避雷器數據顯示無異常。因此實驗人員準備進一步跟蹤觀測,并安排人員對實驗過程和測量的精細程度進行復測。
4.GIS超聲波局放檢測
GIS超聲波局放檢測是最新興起的新型檢測方法,主要通過脈沖、能量、幅值進行測量。
4.1.檢測狀態量
目前在各地都有采用GIS超聲波測量設備,但是各地采用的設備的狀態量有一定的差別。總的來說GIS超聲波測量基本狀態量都為幅值、 能量、聲脈沖的次數、 相位等。工作人員在這些數據分析的基礎上,通過后期的計算和分析獲得聲脈沖特征指數分布、聲脈沖相關性特征指數等, 進而發現避雷器上的小問題,如凸起、固定顆粒、 絕緣子中的氣泡以及電位懸浮或機械松動屏蔽等各類缺陷。
4.2 檢測原理分析
電器局部放電會產生一定的電磁脈沖,從而在避雷器周圍產生電弧,當絕緣開關上的相關粒子運動時,會與避雷器上的物體產生碰撞,從而產生一定的聲脈沖。但該聲脈沖的頻率較高,所以人耳難以聽見。但是聲脈沖可以被安裝的高靈敏度的信息收集設備記錄,然后收集設備通過系統的發射檢測系統對信號進行分析和顯示、然后將信息存儲和測量,進而產生一定波段的聲音數據,從而發現避雷器上的問題所在。
4.3 測試結果
該檢測方法顯示此次實驗有缺陷,經過數據分析和對比。得出結論是實驗的避雷器上的絕緣皮破損影響數據的穩定性,但是這些外部原因在經過改進后,結果顯示可以采用GIS超聲波局放檢測對避雷器進行遠程操作。
5.避雷器溫度檢測法
溫度檢測是一種老式檢測判斷方法,也是對避雷器檢測的重要補充。溫度的高低雖不能反應避雷器的好壞,但是可以通過數據看出避雷器是否在工作。在系統電壓下進行檢測,得到避雷器的溫度與其能量損失有關,但與系統電壓的環境干擾和諧波含量等因素沒有直接關系。
一方面避雷器在正常運行時,一般遵行能量守恒定律,能量的損耗可以忽略不計,避雷器自身的能量損耗遠遠小于自身吸收的能量。正常工作狀態下的避雷器的溫度,其變化波動范圍很小。即便是受到電流突然增強的情況,也會及時進行傳導,將自身的溫度降低。但是如果避雷器的某一個元件出現故障,避雷器通過的能量得不到及時的傳導,從而使避雷器的溫度持續升高。當能量達到不可逆轉的時候,就會導致避雷器崩潰,從而停止工作。
另一方面溫度信號的采集能夠通過內置溫度感應器,具有較高的靈敏性,并且外部環境對于感應器的影響較小。但是感應器安裝不是很方便,由于感應器安裝在內部,避雷器產生的電流在一定程度上會干擾感應器工作的準確性。再者避雷器內部較為封閉,安裝的溫度感應信號很容易受外界溫度變化的影響。
但是如果將溫度感應器獨立安裝在避雷器外,一般情況下會安裝溫度紅外感應器,溫度紅外感應器不僅安裝方便,還方便維修和更換,但是受外界的風吹雨淋影響較大,因此溫度感應方法更適合使用表面聲波構成的傳感器組。其工作原理是當信號被叉指換能器傳送時,傳送的溫度會因為距離的反射性延伸,聲音的延遲會因為聲波長短而產生不同的延伸弧度,導致聲傳播的時延。聲音的波位也會相應的改變,振蕩設備在將避雷針的聲音信號傳送給聲波傳感器的同時,也會將溫度反射信號傳給信號處理單元,經過聲信號的對比和分析,可計算出避雷器的溫度,從而對避雷器故障診斷。這種設備主要利用高頻信號完成檢測。由于高頻信號的抗干擾特性較強,信號在傳輸的過程中減少的較少,所以在未來的故障檢測中具有很好的應用前景。
6.結語
GIS超聲波局放測檢測、避雷器放電記數在線檢測和溫度檢測這三種檢測方法,在實際操作中能發揮各自的作用。但是由于這些檢測方式正在測試中,因此并不能完全信賴,想要實現真正的遠程檢測,需要多種檢測技術共同驗證、才能得到科學的方法。只有采用科學的方法,及時發現避雷器的故障,并盡早排除,才能避免因設備問題造成的重大事故和損失,從而保證輸電的穩定性和安全性。
參考文獻
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關鍵詞:接觸網;過電壓;防雷措施
電氣化鐵道即采用電力牽引的鐵路。又稱電氣化鐵路。在電氣化鐵道上,運行電氣列車(由電力機車牽引的列車和電動車組),在鐵路沿線設有向電力機車和電動車(以下簡稱電力機車動車)供電的電力牽引供電系統。
牽引供電系統,主要由牽引變電所和接觸網兩大部分組成。牽引變電所將電力系統輸電線路電壓從110kV(或220kV)降到27.5kV,經饋電線將電能送至接觸網;接觸網沿鐵路上空架設,電力機車升弓后便可從其取得電能,用以牽引列車。接觸網作為牽引供電系統的重要組成部分,絕大部分于自然環境中且沒有備份,需要采用必要的雷擊防護措施。如果缺少防護措施或措施不當,可能引起絕緣子損壞、造成線路跳閘,直接影響電氣化鐵道運營。同時雷擊產生的侵入波過電壓通過接觸網傳入牽引變電所,可能引起所內電氣設備的損壞造成更大的事故。從我國目前開通的3萬多公里電氣化鐵路的運行情況來看,部分線路的雷擊事故較為頻繁,據統計廣深線雙線139.461KM,僅2000年1-12月就發生雷擊接觸網跳閘45次。如何有效地對接觸網進行防雷保護,盡可能減少電氣化鐵道因接觸網雷擊斷線造成的危害和損失,是值得我們研究的課題。
一、接觸網線路的雷擊現象
雷擊發生時,會在接觸網線索上產生過電壓即雷擊過電壓,雷擊過電壓為幾百到幾千千伏,雷擊過電壓一般分兩種:一種是雷擊接觸網線路附近大地或支柱,由于電磁感應所引起的,稱為感應雷過電壓;一種是雷擊于接觸網線路上直接引起的稱為直擊雷過電壓。無論是何種雷擊過電壓,當雷擊過電壓超過線路絕緣水平時,接觸網線路發生絕緣閃絡。由于牽引供電系統是由接觸網年、鋼軌、大地等組成,當接觸網線路發生絕緣閃絡時,雷擊閃絡必然轉化為穩定地工頻電弧,造成接觸網線路跳閘,嚴重時會發生接觸網斷線事故。
二、接觸網線路的防雷措施
電力輸電線路一般采取的防雷措施有:㈠沿線架設避雷線和避雷針,引導直擊雷電向避雷線放電,通過桿塔和接地裝置將雷電流引入大地,從而使被保護物體免遭雷擊。㈡降低桿塔的接地電阻,部分桿塔安裝線路避雷器以提高線路耐雷水平,減少雷擊桿塔或避雷線后引起的絕緣閃絡。㈢適當增加絕緣子片數,減少絕緣子串上工頻電場強度,電網采用不接地或經消弧線圈接地方式,防止雷擊閃絡后轉化為穩定的工頻電弧。最后采取自動重合閘措施保證雷擊閃絡跳閘后通過自動重合閘裝置自動合閘,恢復供電。㈣架設耦合地線,可以分流,又加強了避雷線對導線的耦合,降低雷擊跳閘率。㈤安裝線路避雷器,并聯連接在被保護設備附近,當作用電壓超過避雷器的放電電壓時,避雷器先放電,可以限制過電壓的發展。
目前接觸網線路采取的措施是通過牽引變電所的自動重合閘裝置進行一次重合閘,保證雷擊閃絡跳閘后自動重合閘,恢復供電。在中雷區及以上的地區,根據鐵道部的設計規范要求,裝設避雷器進行雷擊防護。
1、角隙避雷器
角隙避雷器是由全角形振子、半角形振子及支持絕緣子裝置構成。這種避雷器因其結構簡單,調整方便,維護工作量小,在早期的電氣化鐵道接觸網的防雷保護中應用較廣,但在實際工作中存在一定缺陷:①被風刮起的雜物極易掛到角隙上,短接放電間隙而放電;②避雷器動作時必然形成工頻續流,強烈的短路電弧燒損角隙;③在污濁大霧天氣下,角隙絕緣性能下降而放電,造成誤動作。由此看來,角隙避雷器并非理想的防雷裝置。
2、管型避雷器
管型避雷器是早期接觸網線路防雷保護裝置,實際是一種具有較高熄弧能力的保護間隙,它由兩個串聯間隙組成,一個間隙在大氣中,稱為外間隙,兩極均固定在絕緣件上;另一個裝設在避雷器管內,稱為內間隙或者滅弧間隙。當雷擊過電壓內外間隙擊穿時,雷電流和工頻短路電流經管內壁接地,壁管物質受熱氣化,有較大壓力的氣體經內間隙噴出管外,強制間隙熄弧。管形避雷器的選用受安裝地點最大、最小短路電流制約,最大短路電流大于避雷器的斷流上限時避雷器會爆炸;短路電流小于避雷器的斷流下限時就不能熄弧,避雷器可能燒壞。另外管形避雷器多次動作后,管內徑會逐漸增大,熄弧能力會下降甚至消失。
3、碳化硅閥形避雷器
碳化硅閥形避雷器在我國使用歷史較長,是現行防雷技術中主要的防雷電器。但它有一些固有缺點:如只有雷電幅值限壓保護功能,而無雷電陡波保護功能,防雷保護功能不完全;沒有連續雷電沖擊保護能力;動作特性穩定性差,可能遭受暫態過電壓危害;動作負載重使用壽命短等,因此碳化硅閥形避雷器將逐步被淘汰。
4、氧化鋅避雷器
氧化鋅避雷器是世界公認的當代最先進的防雷電器。無間隙氧化鋅避雷器目前在我國被廣泛使用,但實踐表明,它存在易損壞、爆炸、使用壽命短等缺點,究其原因,暫態過電壓承受能力差是其致命弱點。然而串聯間隙氧化鋅避雷器既有無間隙氧化鋅避雷器的保護性能優點,又有暫態過電壓承受能力的特點,為此串聯間隙氧化鋅避雷器應為目前推廣使用的防雷裝置。
三、接觸網防雷措施的探討