冀東油田供電公司 封 衡 羅 剛 師 鵬

1.前言

近年來(lái)，油區(qū)所屬范圍內(nèi)遭受的惡劣極端天氣逐漸增多，自從2012年5月中旬以來(lái)油田所在區(qū)域進(jìn)入了雷雨季節(jié)，今年的雷電密度和雷電強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越以往幾年，線路多次遭受雷擊，造成油田配電網(wǎng)絡(luò)因雷電原因多次發(fā)生故障，對(duì)油田的正常生產(chǎn)造成了一定的影響。

為了提高油田電網(wǎng)雨季運(yùn)行可靠性，為公司的保油上產(chǎn)提供可靠的電力保障，我們對(duì)提高油田電網(wǎng)雨季運(yùn)行可靠性問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和探討，并制定了相關(guān)改進(jìn)措施。

2.油田電網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析

2.1 雷雨季節(jié)油田電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀

油田電網(wǎng)，目前共有10kV供電線路194條，總長(zhǎng)384.05kM，其中包括架空線路50條，共300.86kM；電纜線路144條，共83.19 kM。配電線路的典型特征為，線路長(zhǎng)，分支多，分布廣。同時(shí)我油田地處平原沿海，地面廣闊，雨季雷電活動(dòng)頻繁，架空線路沒(méi)有其他建筑物和自然屏蔽物保護(hù)，因而多次遭到雷電侵害，且出現(xiàn)故障后，故障點(diǎn)不易查找。我們對(duì)近年來(lái)油田電網(wǎng)因雷雨天氣造成的故障情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出目前影響雷雨季節(jié)電網(wǎng)運(yùn)行的主要問(wèn)題主要有兩個(gè)方面：一是避雷器的防雷效果有待繼續(xù)提高；二是出現(xiàn)雷擊故障后故障點(diǎn)不易查找，導(dǎo)致停電時(shí)間加長(zhǎng)。

2.2 避雷器的應(yīng)用與選型問(wèn)題

近年來(lái)油田電網(wǎng)遭遇的惡劣天氣逐漸增多，防雷仍然是配電電網(wǎng)的重中之重，而避雷器在電網(wǎng)防雷中依舊發(fā)揮著不可替代的作用。今年灘海514線路避雷器集體故障讓我們不得不把注意力集中在避雷器的應(yīng)用與選型中上面。通過(guò)對(duì)故障避雷器的解剖，結(jié)合故障避雷器的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，我們總結(jié)出避雷器易發(fā)生故障的主要技術(shù)問(wèn)題：

2.2.1 避雷器脫離器的選型問(wèn)題

避雷器能否在損壞、老化后可靠脫離電網(wǎng)，是避雷器安全可靠運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，所以避雷器的脫扣器對(duì)避雷器來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的元件。我國(guó)10kV配電系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地時(shí)接地容流很小，要求在單相故障時(shí)工頻故障電流小的情況下，系統(tǒng)能繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間；而在系統(tǒng)短路時(shí)要求系統(tǒng)在大工頻過(guò)電流下能迅速切斷故障點(diǎn)。由于我國(guó)配電系統(tǒng)接地方式的獨(dú)特要求，使得10kV線路用避雷器脫離器的參數(shù)選擇尤為重要。

2.2.2 氧化鋅避雷器的密封性差

氧化鋅避雷器密封老化問(wèn)題，主要是生產(chǎn)廠家采用的密封技術(shù)不完善，或采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定，在溫差變化較大時(shí)或運(yùn)行時(shí)間接近產(chǎn)品壽命后期，造成其密封不良而使潮氣浸入，造成內(nèi)部絕緣損壞，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。

圖2.1 線路避雷器電阻片受潮圖示

2.2.3 瓷套污染嚴(yán)重

由于工作在室外的氧化鋅避雷器，瓷套受到環(huán)境粉塵的污染，特別是設(shè)置在冶金廠區(qū)附近線路，由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴(yán)重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻，而使沿瓷套表面電流也不均勻分布，勢(shì)必導(dǎo)致電阻片中電流的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布)，使流過(guò)電阻片的電流較正常時(shí)大1個(gè)數(shù)量級(jí)，造成附加溫升，使吸收過(guò)電壓能力大為降低，也加速了電阻片的劣化。

2.2.4 避雷器抗沖擊能力差

氧化鋅避雷器多在操作過(guò)電壓或雷電條件下發(fā)生事故，其原因是因電阻片在制造工藝過(guò)程中，由于其各工藝質(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴(yán)，而使電阻片的耐受方波沖擊能力不強(qiáng)，在頻繁吸收過(guò)電壓能量過(guò)程中，加速了電阻片的劣化而損壞，失去了自身的技術(shù)性能。

圖2.2 油田電網(wǎng)避雷器電阻片放電圖示

2.3 故障點(diǎn)查找問(wèn)題

目前油田電網(wǎng)排查故障的一般方法為，當(dāng)配電線路發(fā)生故障后，由電力調(diào)度室通知線路工區(qū)進(jìn)行巡線，查找故障點(diǎn)并迅速排除故障。其中每次查找故障點(diǎn)所用時(shí)間占處理故障總時(shí)間的80%以上，而找到故障點(diǎn)后處理故障所用時(shí)間僅占20%左右。我們結(jié)合油田電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行情況對(duì)故障點(diǎn)查找困難的原因總結(jié)如下：

2.3.1 油田電網(wǎng)所處地形環(huán)境復(fù)雜

油田電網(wǎng)10kV配電線路多處于蝦池、溝邊等地理環(huán)境惡劣的地區(qū)，且道路狹窄崎嶇，行車不便，且線路發(fā)生故障時(shí)通常都伴隨有雷雨天氣，導(dǎo)致道路泥濘難行，很大程度上影響了巡線的速度。

2.3.2 線路長(zhǎng)、分支多、環(huán)點(diǎn)多

經(jīng)過(guò)對(duì)線路情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，很多線路主線長(zhǎng)度超過(guò)10km、分支數(shù)目多超過(guò)8條，高柳廟地區(qū)的環(huán)點(diǎn)多達(dá)50個(gè)，例如陸上514線路長(zhǎng)達(dá)22.5km，分支線路多達(dá)15條。查找故障時(shí)，需對(duì)每條線路每個(gè)分支逐一巡視查找，且故障點(diǎn)隱蔽，不易靠肉眼發(fā)現(xiàn)。

圖2.3 避雷器故障示意圖

2.3.3 故障排查主要依靠人工選線，效率低

目前供電公司在發(fā)生故障時(shí)通過(guò)以下幾種簡(jiǎn)單方法，人工選出故障可能性較大的線路，由電力調(diào)度室通知線路工區(qū)對(duì)這些線路進(jìn)行重點(diǎn)巡視排查。

方法一：借助鉗形電流表判別故障線路。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，用鉗形電流表對(duì)變電站內(nèi)所有出線的零序電流進(jìn)行測(cè)量。比較其大小，零序電流值最大的出線為故障線路的可能性較大，對(duì)此線路進(jìn)行重點(diǎn)巡視。

方法二：通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置查看零序電流及報(bào)警信息。通過(guò)保護(hù)裝置查看故障母線所帶各出線的零序電流，比較其零序電流大小，選出發(fā)生故障可能性較大的線路，由電力調(diào)度通知線路工區(qū)重點(diǎn)巡視。

圖2.4 通過(guò)保護(hù)裝置判斷故障點(diǎn)

圖2.5 通鉗形電流表判斷故障點(diǎn)

方法三：通過(guò)消弧線圈控制器查找。陸上110Kv變電站主變35kV中性點(diǎn)和灘海110Kv變電站主變35kV中性點(diǎn)均裝有消弧線圈。消弧線圈控制器可以進(jìn)行接地選線，但它的準(zhǔn)確性較差。

以上選線方法雖然能在一定程度上對(duì)故障排查起到指導(dǎo)性作用，但也改變不了其不能自動(dòng)準(zhǔn)確定位的硬傷，需要對(duì)所有可能出現(xiàn)故障的線路進(jìn)行巡視檢查，故障排查具有一定的盲目性，排查效率不高。在技術(shù)上很大程度制約了故障點(diǎn)的快速定位。

3.油田電網(wǎng)雨季運(yùn)行可靠性提高的措施

通過(guò)以上雷雨季節(jié)油田電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的隱患，我們分別對(duì)避雷器的應(yīng)用和雷擊故障的排查提出相關(guān)的技術(shù)措施，并已逐步進(jìn)行實(shí)施。

3.1 關(guān)于避雷器運(yùn)行與選型的幾點(diǎn)措施

3.1.1 優(yōu)化選型方案

在設(shè)計(jì)選型上面，我們應(yīng)優(yōu)先選用多年穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品，應(yīng)選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測(cè)手段的生產(chǎn)廠家，嚴(yán)把避雷器的檢測(cè)關(guān)，其中我們使用的符合外套氧化鋅避雷器的密封性檢測(cè)值得我們高度重視。只有通過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)選型才能保證選用的避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使避雷器在壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

目前線路避雷器容易故障的技術(shù)規(guī)格問(wèn)題很有可能是通流容量偏低。目前線路上避雷器的耐受沖擊參數(shù)是65kA/150A，電阻片的直徑為26mm。導(dǎo)致線路上避雷器泄漏電流大的原因有可能是，避雷器的電流耐受沖擊值過(guò)小，當(dāng)遭到強(qiáng)雷擊時(shí)避雷器出現(xiàn)老化恢復(fù)不到原來(lái)的高阻態(tài)。所以建議避雷器電流耐受沖擊參數(shù)提高到100kA/250A，電阻閥片的直徑為42mm，高度24mm。

圖3.1 不同截面積電阻片

同時(shí)油田電網(wǎng)地處沿海地區(qū)，受鹽霧、海風(fēng)、鳥(niǎo)糞等腐蝕嚴(yán)重，所以在避雷器的外絕緣選擇應(yīng)該按照IV考慮，所以建議避雷器的爬電比距由原來(lái)的2.5cm/kV提高到3.1cm/kV。

針對(duì)以上選型理念，綜合分析多家避雷器生產(chǎn)廠家的避雷器產(chǎn)品特性，供電公司已于有良好口碑的避雷器廠家取得合作，購(gòu)入YH5WX-17/50L避雷器200組，逐步應(yīng)用于南堡供電工區(qū)雷電高發(fā)線路上。該型避雷器采用新型熱爆式脫離器，Ⅳ耐污性能，密封性能好，且各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)符合油田電網(wǎng)防雷要求。

3.1.2 加強(qiáng)技術(shù)管理與故障分析

加強(qiáng)對(duì)氧化性避雷器的技術(shù)管理工作，建立氧化性避雷器技術(shù)檔案，對(duì)出廠報(bào)告、定期測(cè)試報(bào)告均要存放入技術(shù)檔案，以便隨時(shí)監(jiān)測(cè)避雷器的選型是否符合要求，并且隨時(shí)對(duì)相關(guān)故障事件進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整選型方案，彌補(bǔ)避雷器存在的缺陷。

3.1.3 重視新技術(shù)新工藝避雷器的嘗試

隨著配電線路對(duì)避雷器性能要求的逐漸加大，各避雷器生產(chǎn)廠家也不斷探索避雷器生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)與工藝。其中串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器正逐漸發(fā)展成熟，相比無(wú)間隙氧化性避雷器有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

圖3.2 串聯(lián)間隙氧化性避雷器結(jié)構(gòu)

串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器采用間隙組與氧化鋅電阻片串聯(lián)結(jié)構(gòu)，一方面克服了無(wú)間隙氧化鋅避雷器用在中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，避雷器電阻片存在長(zhǎng)期通流，在較高過(guò)電壓引起損壞的可能性；另一方面又不同于傳統(tǒng)的碳化硅避雷器那樣存在著續(xù)流滅弧等薄弱環(huán)節(jié)。具有通流容量大，幾乎無(wú)續(xù)流，等明顯優(yōu)點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器也有著單相弧光接地耐受時(shí)間短、性能受間隙安裝工藝制約等缺陷。

由于油田電網(wǎng)還沒(méi)有串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們采取了先進(jìn)行少量安裝實(shí)驗(yàn)，確定其實(shí)際應(yīng)用可靠性后再逐步推廣的方案，引進(jìn)20組YH5CX-13/40C空氣間隙金屬氧化物避雷器，于南堡供電工區(qū)雷電高發(fā)線路進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。

3.2 關(guān)于故障點(diǎn)查找時(shí)間較長(zhǎng)、查找困難的相關(guān)措施

3.2.1 變電站引進(jìn)小電流接地選線設(shè)備，減少故障排查時(shí)間

為了解決變電站故障選線困難，故障查找時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，我們通過(guò)多方調(diào)研和考察，根據(jù)油田電網(wǎng)的實(shí)際情況引進(jìn)“TY-06型小電流接地裝置”。

圖3.3 S注入法原理示意圖

圖3.4 TY-06前面板

該裝置利用“S注入”法選線原理通過(guò)電壓互感器二次側(cè)向系統(tǒng)注入一個(gè)特殊信號(hào)電流，檢測(cè)該信號(hào)實(shí)現(xiàn)接地故障選線及定位。

圖3.5 激勵(lì)信號(hào)示意圖

該裝置特點(diǎn)為：不需增加任何一次設(shè)備，不會(huì)對(duì)運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生任何不良影響；注入信號(hào)不同于系統(tǒng)中任何一種固有信號(hào)的特征，因此不受系統(tǒng)干擾的影響，便于檢測(cè)；自動(dòng)判斷故障線路，并將故障信息傳送至電力調(diào)度；選線后，在不拉路的情況下，可通過(guò)手持式信號(hào)定位探測(cè)器準(zhǔn)確查找到接地故障點(diǎn)。

安裝該裝置后，發(fā)生故障時(shí)該裝置自動(dòng)選擇故障線路，并將最終選擇結(jié)果上傳至電力調(diào)度，電力調(diào)度可立即通知線路工區(qū)進(jìn)行巡線查找故障點(diǎn)，從而大大減少了查找故障所需的時(shí)間。

3.2.2 配電線路安裝故障指示器，實(shí)現(xiàn)線路故障定點(diǎn)

針對(duì)架空線路長(zhǎng)且分支多，查找故障時(shí)間長(zhǎng)這種情況，我們?cè)诰€路上不同位置安裝了故障指示器：

①安裝在變電站出口，以判斷故障在站內(nèi)或是站外；

②安裝在主干線或分支處，以判斷故障所在分支或區(qū)段；

③安裝在電纜與架空線連接處，判斷故障在架空線或電纜線上；

④安裝在負(fù)荷較重用戶的配電高壓進(jìn)線處，以判斷是否是由用戶原因造成。

圖3.6 故障指示器應(yīng)用

圖3.7 線路故障指示器原理圖

一旦線路發(fā)生故障，巡線人員可借助指示器上紅色的報(bào)警顯示，迅速確定故障區(qū)段，排除故障。徹底改變過(guò)去盲目巡線，查找方法落后的局面，極大的提高了工作效率，縮短了停電時(shí)間。

4.效果評(píng)價(jià)

圖4.1 配電線路綜合防雷系統(tǒng)模型

目前，隨著以上方案的逐步實(shí)施，油田電網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)建起一個(gè)專業(yè)有效的配電線路防雷系統(tǒng)。

新型避雷器在南堡地區(qū)的應(yīng)用的效果明顯，自應(yīng)用以來(lái)經(jīng)受住了強(qiáng)風(fēng)暴潮氣候和多次雷擊天氣的考驗(yàn)，有效保護(hù)了電網(wǎng)運(yùn)行，同線路其他附屬避雷設(shè)施一起組成了配電網(wǎng)絡(luò)防雷體系。

與此同時(shí)，隨著線路故障指示器的推廣和故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，油田電網(wǎng)故障快速判斷系統(tǒng)已基本成型，并在今年的雷雨季節(jié)發(fā)揮了應(yīng)有的效果，相信隨著新型小電流接地選線裝置的應(yīng)用，油田電網(wǎng)的故障快速判斷系統(tǒng)會(huì)更加成熟，油田電網(wǎng)的雨季運(yùn)行可靠性也會(huì)得到很大的提高。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)雷雨季節(jié)油田電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀的分析，分別從避雷器的選型與應(yīng)用和故障點(diǎn)的排查兩個(gè)方面尋找出了影響電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)問(wèn)題，并進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)措施分析。希望能對(duì)增強(qiáng)雷雨季節(jié)油田電網(wǎng)運(yùn)行可靠性提高參考。

[1]肖國(guó)斌,祝毅.新型熱爆式避雷器脫離器[J].廣東電力,2003(12).

[2]廉浩明.無(wú)間隙金屬氧化物避雷器的選擇[J].華東電力,2008(2).

[3]陶利國(guó),許云峰.采用數(shù)字技術(shù)的小電流接地選線和故障定位裝置[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,32(7).[4]供電公司年度運(yùn)行報(bào)告分析[R].