避雷线作为高压输电线路雷电防护的重要防线,通过线夹架设于输电线路上方。如果雷击作用于避雷线挂点,大量雷电流将流入避雷线,对避雷线造成的电磁力及热冲击,会影响其使用寿命。本文通过研究两种典型的避雷线挂点情况,分别进行试验测试,针对雷击避雷线挂点引起的暂态温升问题进行研究,并根据试验结果给出应对措施。
01、引言
雷电流具有巨大的电磁、机械以及热效应,会对电气设备造成严重损害,当其流过被击物体,会形成高幅值冲击电压波,继而破坏电气设备的绝缘性能。雷击输电线路的过程,可以简化为一个电流行波和一个电压行波沿空中导电通道经过雷电击,传导到导线、避雷线或塔顶,再向两侧传播的过程。如果雷击直接作用于避雷线挂点,大量雷电流将流入避雷线,可能造成对避雷线电磁力及热冲击,影响其寿命,最终可能发展成为断线。
当前,对于架空输电线路雷击方面的研究都集中于防雷措施及杆塔的防雷改造上,对于雷击避雷线后造成的具体情况及影响因素,鲜有针对此种方向的研究。
本文主要针对雷击闪络接地短路情况下避雷线挂点的暂态温升情况进行试验研究,研究对象为悬垂线夹(XGU系列)和耐张线夹(NLD系列)两种典型的避雷线线夹,所选的线缆型号为钢丝铝绞线(GJ型)。试验中,通过三相变压器给被测避雷线通以短路故障电流,同时采用热敏电阻及温度巡检仪实时测量避雷线与线夹的温升曲线,进而判断避雷线及其线夹承受短路故障电流的能力,评估其热可靠性。
2.1试验方案
图1所示为实验测试系统的原理图,试验中通过控制工频冲击电流发生器,将10kA~20kA的工频冲击电流给通过测对象,通电时间为100ms,同时采用电流探头实时监测测试电流的波形,然后利用Pt100热电阻测量被测对象的温度,并通过温度巡检仪实时采集温度数据。
图1 实验测试系统示意图
试验对象主要包括NLD耐张线夹、XGU悬垂线夹,导线型号为GJ钢丝铝绞线,其中每类线夹包含三种不同的型号,不同型号线夹数量为1个,钢丝铝绞线对应包含三种型号,每种型号包含3m长的2根,分别对应两类线夹。具体的型号与数量如下表1所示。
样品类型 | 型号 | 数量 |
NLD耐张线夹 | NLD-1 | 1 |
NLD-2 | 1 |
NLD-3 | 1 |
XGU悬垂线夹 | XGU-2 | 1 |
XGU-3 | 1 |
XGU-4 | 1 |
GJ钢丝铝绞线 | GJ-50 | 2×3m |
GJ-70 | 2×3m |
GJ-120 | 2×3m |
表1 试验样品型号表
2.2试验测试位置
在使用XGU型悬垂线夹的测试实验中,选取的温升测量点如图2所示,其中P1为铝包带与线缆的交界点附近,P2 为压板与铝包带的交界点附近。
图2 悬垂线夹温升测量点分布
图3 耐张型线夹温升测量点分布
在使用LND型悬垂线夹的避雷线暂态温升测试实验中,选取的温升测量点如图3所示,其中P1为线缆的上端点,P2为线缆与船体的交界点附近。
3.1 XGU型悬垂线夹测试结果
试验中,选取XGU-2、XGU-3和XGU-4三种悬垂线夹,分别对应使用GJ-50、GJ-70和GJ-120三种型号钢丝铝绞线,分别测量雷击暂态过程等效测试中线夹和线缆的温升情况。由于温度测量系统的时间响应较慢,无法真实测得雷击过程中的温升曲线,试验中通过记录温度测量系统测得的各测量点的最高温度作为测量值,以反映雷击过程中暂态温升过程。
图4 XGU-2测试结果
图5 XGU-3测试结果
图6 XGU-4测试结果
3.2 LND型耐张线夹测试结果
试验中,选取LND-1、LND-2和LND-3三种耐张线夹,分别对应使用GJ-50、GJ-70和GJ-120三种型号钢丝铝绞线,分别测量雷击暂态过程等效测试中线夹和线缆的温升情况。由于温度测量系统的时间响应较慢,如法真实测得雷击过程中(100ms)的温升曲线,实验中通过记录温度测量系统测得的各测量点的最高温度作为测量值,以反映雷击过程中暂态热过程。
图7 LND-1测试结果
图8 LND-2测试结果
图9 LND-3测试结果
3.3 试验结果分析
根据对试验结果的分析,可以得到:
(1)在相同的短路电流条件下,线缆及线夹的型号越大(即截面尺寸越大),其累计短路暂态过程中的温升越小;
(2)在悬垂线夹中,由于有铝包带的存在,雷击短路电流向线缆的传递相对比较均匀,温升相对较低;而在耐张型线夹中,雷击短路电流只能通过压板和船体传递到线缆,容易在二者的交界点产生明显的电流集中,导致局部温升很高;
由于试验条件的限制,线缆与船体或压板交界点的温升,用测得其附近某点的温升等效近似,未能反映真实的最高温度;其次,由于温度测量系统的响应较慢,测得的最高温度也存在一定的误差。
04、结论
雷电活动是一种复杂的自然现象,发生具有随机性,且输电线路一旦遭遇雷击,会对杆塔上的设备造成不可逆的损伤。本文针对雷击避雷线挂点进行试验研究,分析其对常见的避雷线线夹挂点的暂态温升结果,得到了避雷线挂点暂态温升的规律情况及局部温升较高的部位,对输电杆塔避雷线的检修策略提供了参考,可以有效提高输电杆塔设备的运维效率。