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致力于实现优质的电能质量- 甚至发生雷电时也不例外
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致力于实现优质的电能质量- 甚至发生雷电时也不例外

September 3, 2015 • Columns, Transient Thoughts, 最近文章汇总

最近我参加了一次由韩国公司(KEPCO)举办的有关配电线路雷电保护的讨论会。韩国电力公司电网的峰 值负荷是74GW, 输送到遍及韩国的一千九百万客户计量点。 该公司已经意识到近期IEEE标准1410/2010中的新进展,呼吁 增强绝缘强度,来承受高土壤电阻率(1000 ohm m)的区域 附近落雷引起的感应过电压。然而,该电网包含大约420,000 电路-公里的 22.9 kV 线路,遍布在全国的八百万杆塔上, 因此,任何升级现有180 kV BIL线路支柱绝缘子的工程,都将 是昂贵和费时的。
在改变高土壤电阻率运行地区的绝缘或避雷器设计之前,韩 国电力公司的工作人员邀请我去听取对新IEEE建议的论证。同 时,他们也邀请了另一位防雷专家-Hideki Motoyama博士-了 解更多的有关日本6.6 kV架空电网是如何一直保持高电能质量 运行的。 今年四月,我怀着兴奋的心情重返韩国,很享受INMR国际会议 期间所经历到的。事实上,这次INMR国际会议之行值得一提 的其中一件事,是始终如一地使用架空地线进行配电线路防雷 保护。我还参观了韩国电力公司的一个配电培训场地,展示了 雷电保护方法的更多方面。
像日本一样,韩国也要求使用绝缘的塑料护套“包覆”导体。这 种导线能够防止大多数由于撞击或者鸟类、动物或树木接触引 起的与地面的意外接触。然而,这也会导致非同寻常的可靠性 问题。这是因为,当电弧在典型的配电系统中的裸导线上形成 时,它会在起弧点向外扩散,由于热损伤仅仅在电弧根部留下 一系列微小的表面凹坑。但是,在日本和韩国使用绝缘导线的 情况下,电弧根部仍然保持在起弧点,并将它的所有热能传送 到这个位置,使导线在仅仅大约一秒的时间内完全熔化。确实, 韩国电力公司这样的导线故障比例比绝缘子故障明显高出三 倍,导线烧毁造成的事故占因雷电引起的全部断电故障的一半 以上。
Covered conductor and tie wire used by KEPCO on 180 kV BIL ceramic post insulator. 电能质量,雷电 致力于实现优质的电能质量- 甚至发生雷电时也不例外 Pic139

Covered conductor and tie wire used by KEPCO on 180 kV BIL ceramic post insulator.

 
在该情况下,标准的北美做法是允许雷击裸露的配电线 路 。虽 然 这 可 以 导 致 绝 缘 子 闪 络 ,但 是 ,安 装 正 确 的 避 雷 器 能够保证附近的设备例如变压器得到保护。当然,如果每 次雷电闪络都引起电力系统产生烧毁导体的电弧时,这样 的做法显然不合适。 因此,韩国电力公司解决烧毁问题的方法,是改进配电线路的 雷击跳闸率。事实上,他们已经达到了这个目的。据报道,他们
的跳闸率每年每百公里仅为3.8次。对于一个每年每平方公里有 一次雷电闪络的国家,多数输电线防雷专家都会认为这是惊人 的。甚至具有两条架空地线和1m(七片瓷绝缘子)绝缘的北美 115 kV线路,也达不到如此高水平的可靠性。 韩国电力公司通过使用位于14m高度处的单根架空地线,使他 们的配电系统达到了优异的抗雷电性能。使用夹持到杆塔顶部 的一根空心钢延伸物来支撑这根地线。在某些杆塔上,使用一 根外导线将架空地线和钢横梁连接到下面的零线以及每个混 凝土杆塔基础的接地极上。每200m进行一次这样的连接,达 到目标接地电阻50 ohm,就能够避免反击和感应过电压。 韩国电力公司配电线路防雷性能的传统分析表明,每年每百 公里遭受大约14次闪络。虽然180 kV BIL绝缘和每200m的50 ohm的接地,应该提供大约50%的保护效率,而实际上观察到 的保护效率大于70%。似乎是绝缘导线和捆扎电线与瓷支柱绝 缘子串联提供了比180 kV高得多的电气冲击强度。
Detail of overhead groundwire attachment to hollow steel cap,电能质量,雷电 电能质量,雷电 致力于实现优质的电能质量- 甚至发生雷电时也不例外 Pic217

Detail of overhead groundwire attachment to hollow steel cap.

 
我查看了IEEE的文献,发现仅有一篇1986年发表的文章,报道 了绝缘导线和包覆捆扎电线(60 mil 或 1.5mm厚)的组合,能 够将瓷盘形悬式绝缘子的冲击强度提高67%。这或许能够解 释韩国的成功。另外的资料指出,典型交联聚乙烯(XLPE)包 覆导线本身的冲击强度大约是115 kV,但是没有提供综合强度 的试验。 IEEE标准1410-2010 的“CFO Added”表(它涉及与复合绝缘子 或瓷绝缘子串联的木材或玻璃纤维的组合)不包括绝缘导线。 然而,鉴于日本和韩国给与的关注和他们的专业技能,我认为, 在我们未来标准制定工作中,研究和报告绝缘导线/绝缘子的 综合冲击总强度将是有帮助的。确定绝缘导线向复合绝缘子增 加了多少附加的冲击强度将是特别及时的,与瓷支柱绝缘子相 比,复合绝缘子的电容要小得多。 我高兴地告诉大家,在也涉及到国际间合作的另一个领 域,IEEE的输配电委员会已经接受了“铁塔、杆塔和导线”分 委会与雷电和绝缘子分委会的“绝缘子工作小组”的合并。新 的分委员会重新命名为“架空线路”分委会,以便与相应的国 际大电网会议(CIGRE)在这个领域内的活动实现更好的链 接。现在这些小组已经合作几年了,例如共同编制了关于天气 参数方面的IEEE/CIGRE手册299。共同的名字进一步加强了共 同的利益。 William A. Chisholm

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