薛素琴 岳廣義

(1.中平能化集團電務廠,河南省平頂山市,467000;2.中平能化集團建工集團安裝處,河南省平頂山市,467000)

1 平頂山礦區(qū)電力系統(tǒng)6 kV防雷技術(shù)的研究

1.1 線路基本情況

平頂山煤業(yè)集團所使用的高壓架空線路的電壓等級為35～110 kV,礦井的電源線路為6 kV,作為礦區(qū)生命線的高壓供電線路,電力線路的安全運行對煤礦的安全生產(chǎn)起著重要的作用。平煤集團電務廠負責的30條6 kV線路(包括礦區(qū)城市6 kV線路),長44.16 km,除了中平能化集團電務廠所轄的6 kV線路,還有幾十條屬于各礦維護的6 kV礦井主供線路。

平頂山市地處北溫帶和亞熱帶的過渡地帶,據(jù)1961-2005年的氣象資料統(tǒng)計,雷暴日平均每年13.8 d,年平均雷電日這一數(shù)字只能給人們提供概略的情況。據(jù)統(tǒng)計平頂山煤業(yè)集團在1995-2003年因雷擊跳閘的次數(shù)為27次。

1.2 6 kV線路典型的桿塔的建立

根據(jù)中平能化集團煤礦現(xiàn)有的6 kV線路的桿塔形式,根據(jù)氣象條件、絕緣子片數(shù)確定線路最大允許使用檔距;根據(jù)導線與避雷線的水平偏差距離、避雷線對導線的保護角確定避雷線支架的高度。然后確定桿塔頭部導線與避雷線布置尺寸。

6 kV線路采用架設避雷線可有效地防御雷電的侵害。通過對新設計的6 kV煤礦主要供電線路進行建設或?qū)υ械? kV線路進行改造,再對桿塔防雷結(jié)構(gòu)進行計算,符合要求后,投入現(xiàn)場實施。本文以6 kV直線П型桿為例,6 kV線路典型防雷桿塔如圖1所示。新建線路設計經(jīng)校驗符合要求后可采用;對于原有的6 kV線路,需增加避雷線支架。

圖1 6 kV線路典型防雷桿塔

2 6 kV線路典型的桿塔的校驗

(1)避雷線與導線在檔距中最小安全距離的校驗,根據(jù)規(guī)程SDJ3-79推薦的經(jīng)驗公式:

式中:S——檔距中央導線與避雷線間的最小安全距離,m;

l——檔距長度,m。

取l=100 m,則S=2.2 m。為了減少避雷線架設后對原桿塔影響,避雷線放線弧垂平行或大于導線弧垂,故在桿塔處避雷線與導線垂直距離取2.4 m。

(2)避雷線水平距離的校驗,當導線水平排列時,要求桿塔兩根避雷線的水平距離不應超過避雷線和導線間垂直距離的5倍,即

式中:λB——避雷線懸掛金具長度,m;

λD——導線懸掛金具長度,m;

ΔhB——避雷線支架高度,m。

取ΔhB=1.8 m,λB=0.14 m,λD=0.75 m,則DB=5.95 m,DB>2.3 m。

(3)避雷線對導線的保護角的校驗,為了保證避雷線對導線的防雷保護作用,桿塔上避雷線對邊導線的保護角一般采用20～30°。保護角α可按下式計算:

式中:DP——導線與避雷線的水平距離,m。

取DP=0.65 m,λB=0.75 m,λD=0.15 m,ΔhB=1.9 m,則α=16°。經(jīng)過以上的計算,桿塔的防雷結(jié)構(gòu)設計符合規(guī)范的要求。

3 6 kV線路耐張塔的防雷計算與分析

3.1 計算模型

根據(jù)設計的平頂山煤業(yè)集團6 kV架空線路直線塔、避雷線、導線和絕緣子的實際尺寸,進行感應雷三維仿真計算,計算模型如圖2所示。

圖2 6 kV線路耐張塔的計算

3.2 計算結(jié)果

(1)雷擊點距桿塔6 m時的計算結(jié)果,如圖3和圖4所示。

(2)雷擊點距桿塔8 m時的計算結(jié)果,如圖5和圖6所示。

(4)雷擊點處于不同位置時,耐張塔右側(cè)絕緣子上的感應電壓如表1所示。

表1 耐張塔右側(cè)絕緣子上的感應電壓V

圖8 6 kV線路右側(cè)雷擊點距桿塔10 m時絕緣子附近的電位分布圖

(5)雷擊點處于不同位置時,耐張塔絕緣子承受的電壓曲線如圖9所示。

圖9 不同位置雷擊時,耐張塔絕緣子承受電壓曲線

從計算結(jié)果看,當雷擊點處于不同位置時,耐張塔絕緣子上承受的電壓不同。當雷擊點距桿塔6 m時,桿塔側(cè)絕緣子上的感應過電壓為22614 V;當雷擊點距桿塔8 m時,桿塔側(cè)絕緣子上的感應過電壓降低了22%;當雷擊點距桿塔10 m時,桿塔側(cè)絕緣子上的感應過電壓降低了43%。

自2007年至今,通過在中平能化集團礦區(qū)新建和改造的幾十條6 kV線路上的統(tǒng)計結(jié)果分析,雷擊跳閘事故大大減少,這說明該項目的研究在平煤礦區(qū)6 kV線路上的應用效果顯著,使研究技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱爽F(xiàn)實的生產(chǎn)力,不僅減少了線路遭雷擊跳閘事故的發(fā)生,而且確保了煤礦的安全生產(chǎn)。經(jīng)過幾個雷雨季節(jié)的運行,運行良好?，F(xiàn)已在礦區(qū)的6 kV線路上全面推廣,全面提高6 kV線路的耐雷水平,減少線路跳閘事故的發(fā)生,確保煤礦6 kV的供電線路的供電安全。