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1、,广东电网有限责任公司电力科学研究院 直流输电及新能源所 汪进锋 2015年6月,配网防雷技术措施培训,配网防雷技术,第二部分,主要内容：,配电设备接地电阻测试,第一部分,三、配电设备接地电阻测试工作指引,二、接地电阻测量基础知识,配电设备接地电阻测试工作指引,一、工作背景,广东电网2011-2014年雷击跳闸比例,20112014年，广东电网10kV中压线路雷击跳闸率占跳闸总数的30%左右； 5-9月份，雷雨高发季节，中压线路雷击跳闸率较高。,广东省雷电活动强度位于全国第二，配网雷击跳闸率已占总跳闸次数的1/3，成为影响配网安全运行的主要因素之一。,2014年各月份地闪密度分布图,一、工作背
2、景,1、广东电网配网雷害严重,2、避雷器故障率高，且缺乏运维,2014年设备故障次数统计,（1）避雷器运行中故障率较高,一、工作背景,避雷器故障照片,以2013和2014年为例，10kV避雷器故障占设备故障总数的13.66%和12.68%，仅次于架空线路，排名第二。,运行时间6年以上占39%：其中运行时间超过10年的占10%，存在功能失效的风险。 （以配网产品质量现状，据统计得到避雷器运行3年后开始频繁出现故障）,避雷器运行年限统计,（2）避雷器运行年限较长,避雷器故障失效的浴盆曲线,3年,一、工作背景,2013年，赴肇庆、云浮、清远等局开展防雷现状调研，共现场检查642支避雷器。,2、避雷器
3、故障率高，且缺乏运维,（3）缺乏运行维护,大部分供电局采取故障后更换,现有运维方式： 廉江局和阳江局对避雷器进行轮换停电预试； 阳春局对运行满5年的避雷器进行定期更换；阳东局和清远局对老旧避雷器进行每年轮换； 其他局仅采取避雷器故障后更换的原则 。,一、工作背景,急需探索更为有效的运维策略，加强避雷器运维，保证避雷器运行可靠性,设备数量多，停电预试困难,截止2014年底，共有102万支中压避雷器，运维力量不足。,2、避雷器故障率高，且缺乏运维,3、接地电阻测试工作有待规范,（1）部分接地电阻不合格,供电局接地电阻合格率相差较大。接地电阻合格率较高为87.10%。 线路避雷器、台区、柱上设备的合
4、格率较低，需要加强运维。,总体情况：2013年共抽查测量179个地网的接地电阻值，其中127个地网接地电阻值合格，合格率为70.95%。,一、工作背景,现有标准：接地装置预防性试验作业指导书南网电网预防性试验规程。,1、测试周期不明确； 2、测试方法不规范，影响测试结果； 不规范情况：（1）测试过程中断开接地线；（2）不注意中性线上不平衡电流的影响；（3）辅助电压极、电流极的布置方向；（4）测试结果异常的处理。 3、接地电阻不合格情况的处理,存在问题,一、工作背景,（2）接地电阻测试有待规范,需规范10kV户外配电设备接地电阻测试工作，加强接地装置的运维，保证接地电阻合格率。,3、接地电阻测试
5、工作有待规范,1、基本概念,接地（grounding）：将电气设备的某些部位、电力系统的某点与大地相连，提供故障电流及雷电流的泄流通道，提供零电位参考点，确保电气设备及运行人员的安全。,接地的功能分类： 1）工作接地：如中性点直接接地等 2）保护接地：设备金属外壳等接地 3）防雷接地：避雷针、避雷器、避雷线等 4） 防静电接地：燃油、天然气储罐和管道,二、配电设备接地电阻测试基础知识,接地极：指埋入地中并直接与大地接触的金属导体，包括人工接地极和自然接地极两种形式,接地线：指电力设备应接地的部位与地下接地极之间的金属导体，也称为接地引下线。,接地电阻（ground resistance）,接地
6、阻抗（ground impedance）,?,接地阻抗（ground impedance）：接地装置对远方电位零点的阻抗。数值上为接地装置与远方电位零点间的电位差，与通过接地装置流入地中的电流的比值。,GB/T 17949.1 DL/T 475-2006,传统接地电阻概念被广泛接受,配网设备接地网，面积较小一般忽略感抗分量，接地网面积大、土壤电阻率较低的情况不应忽略。10000的方形接地网，固有电抗值约0.006。,冲击阻抗 工频阻抗 异频阻抗？,假设：大地土壤电阻率均匀为,接地体半径为,流出电流为,在离球心r的土壤中，电流密度J为：,该处的电场强度为：,接地极的电位（由无穷远处到电极间的电位
7、）为：,由此推得半球形接地电极的电阻值为：,土壤电阻率,接地体面积,计算R0到l之间的电阻值：,当,时，,结论：离开接地电极距离为接地电极尺寸10倍以内土壤对接地电阻起关键作用。,电流流散截面小，电流密度大,2、接地电阻测量的方法及原理,杆塔接地电阻测试常用方法,三极法：指由杆塔接地网、电流极和电压极组成的三个电极测试杆塔接地电阻的方法,钳表法：基于单钳型回路电阻测试仪的原理，两个基本要求：（1）测量区杆塔安装有避雷线且与每基杆塔直接连接；（2）并联杆塔数足够大。,选择性补偿法：可以排除杆塔塔基与引下线间的互电阻的影响，对仪器有特殊要求。,直线法：接地装置G、电流极C和电压极P组成的 三极系统
8、，在一条直线 30夹角法：电流极C和电压极P成30夹角 三极法 远离夹角法：电流极C和电压极P成一定夹角,根据前面推导的公式：,接地极注入电流I:,距电极半径r处电位为:,P电极电位为：,GP间电位差为：,（1）直线法,电极C流出电流I,G电极电位为：,P电极电位为：,GP间电位差为：,最终GP间电位差为：,即：,DL/T 887-2004 规定：电压极P和电流极C分布布置在离杆塔基础边缘4L和2.5L处，L为接地极最大长度。,直线法 零电位点找不准（电压极布置不准）； 电流线和电压线之间互感的影响； 地网附近土壤结构呈现水平分层或垂直分层的不均匀性，导致不符合理论模型，存在原理性误差。,（2
9、）30夹角法,接地极注入电流I:,GP间电位差为：,电极C流出电流I,GP间电位差为：,（1）电压线的放线长度：以地网最大对角线为基准 DL475-2006接地装置特性参数测量导则要求：“电压极与被试接地装置边缘的距离应为被试接地装置最大对角线长度D的45倍”。 DLT 887-2004杆塔工频接地电阻测量要求：,3、基本要求：,（2）电压线的绝缘要求：避免破损引起高阻接地,（3）电压极位置：避开地下金属管线或地网延长线 DL475-2006接地装置特性参数测量导则要求：“尽量远离地线金属管路和 运行中的输电线路，避免与之长段并行”。,电压线破损几率较高，即便破损处用绝缘胶布包缠，如沿途浸泡在
10、水中，或 下雨地湿等情形，对地绝缘将明显降低，将直接给电位差的测量带来紊乱， 导致电位差测量结果偏小，进而造成接地电阻测量结果偏小。,2015年4月，省公司发布10kV户外配电设备接地电阻测试工作指引（试行）（广电生部【2015】106号。,工作目的 降低配网架空线路雷击跳闸率，减少配电设备雷击故障次数，提升配网防雷水平，规范10kV户外配电设备接地电阻测试工作。,工作范围 台变、柱上断路器、柱上负荷开关、10kV户外防雷装置的接地电阻测试，其它配电设备可参照本标准执行。,三、配电设备接地电阻测试工作指引,建立接地装置测试台账,应按照线路建立辖区内10kV户外配电设备的接地电阻测试台账。 根据
11、台账对测试工作、整改情况等进行闭环管理,测试时间要求,应在每年第四季度常态化开展接地电阻测试工作，对测试结果异常的接地装置可在年底前结合停电完成复测。,测试周期及标准要求,10kV户外配电设备的接地电阻测试周期及标准要求,工作内容,测试方法,10kV户外配电设备的接地电阻应采用三极法进行测试。,不应拆开接地装置与设备的电气连接； 连接测试线与接地引线时，必须戴10kV绝缘手套、穿绝缘鞋； 若实测值与以往的测量结果相比有明显异常时，可采取改变辅助接地极布置方向、将辅助接地极更深地插入土壤、给辅助电流接地极泼水、增大辅助接地极距离等措施重新测量。,测试步骤及注意事项,工作内容,应优先选用直线法，当
12、受周围环境限制而无法采用直线法，且接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，可选用30夹角法。,复测结果仍然不满足标准要求的接地装置缺陷，每月对缺陷进行汇总并报送至地市局生产设备部 地市局应每月填报在月度缺陷明细表中，并报送至省公司,缺陷报送,运行单位应在次年4月前完成对不合格接地装置的整改； 对于因地质因素或青赔困难等难以整改的接地装置，可通过延长接地极等方法降低接地电阻,缺陷整改,地市局应在每年4月前检查配电运行单位上一年度接地电阻测试及整完成改情况,工作检查,对于测试结果不合格的接地装置，可结合停电进行复测。 在停电复测时应拆开接地装置与设备的电气连接,停电复测,接地电阻不合格情况的处理,三、配
13、网防雷保护措施,二、配网防雷装置及接地,配网防雷技术,一、配网雷害机理,一、配网雷害机理,表3.1 配电线路及设备的雷电冲击耐受水平,1、配网雷害的影响因素,配电线路及设备的耐雷水平,对于配电线路：绝缘薄弱点在绝缘子处； 对于整个配网：线路雷电冲击耐受水平配电设备。,直击雷示意图,1、配网雷害的影响因素,直击雷,基本特征： 雷电压幅值： （Z0=300，配电线路冲击阻抗为300-550） 当雷电流为10kA，U=1200kV，所以线路遭直击雷时，必然发生故障。 频度：高度为8-15m配电线路直击雷频度，平均值为0.28次/（km.年）,雷击点距离导线65m以内都算为直击雷。,按照经验公式，我国
14、一般地区雷电流幅值超过88kA的概率约为10%，超过100kA的概率约为7.3%。,一、配网雷害机理,感应雷示意图,1、配网雷害的影响因素,基本特征： 雷电压幅值： （S为雷击点与线路的垂直距离65m，hc为导线的平均高度，取13m），当雷电流为100kA，U=500kV 陡度：波形较为平缓，波头时间在几微秒到几十微秒，波长达数百微秒。 频度：配网90%雷击都是感应雷。,感应雷,据实测统计，配网感应雷过电压一般不超过300kV。,一、配网雷害机理,配网架空线路因雷击而跳闸必须具备条件： （1）雷电过电压超过线路的绝缘水平引起线路绝缘冲击闪络；（2）冲击闪络继而转为稳定的工频电弧之后，开关才会动
15、作。 a：雷电波持续时间只有几十微秒，断路器来不及动作。 b：绝缘子和空气间隙在冲击闪络之后，转变为稳定的工频电弧具有一定概率（当E6kV/m，建弧率可近似认为0）； c：在中性点绝缘或补偿方式，单相对地闪络时，并不跳闸，只有当雷击造成两相或三相绝缘闪络时，才可能引起跳闸。,2、线路遭雷击跳闸的机理,一、配网雷害机理,配电设备遭雷击故障机理：绝缘部位闪络+工频续流损坏 （1）雷电过电压造成绝缘闪络（击穿）； （2）由二相以上的短路而引起工频续流将设备损坏。 a：对于配网，感应雷过电压一般同时存在于三相导线，相间不存在电位差，只能引起对地闪络，如果两相或三相同时对地闪络即形成相间闪络事故。 b：
16、除同一杆的相间短路外，存在不同杆间的异相接地。,3、设备遭雷击故障的机理,一、配网雷害机理,对固体绝缘类设备而言，绝缘击穿已经造成设备损坏。,Eg1：绝缘导线遭雷击断线,只要架空绝缘线路遭受雷击闪络，绝缘导线必然断线。,架空绝缘线路雷击断线机理示意图,一、配网雷害机理,Eg2：雷击对电缆、电缆分接箱的影响,1、对电缆影响较小： （1）来自架空线路的侵入波，经避雷器保护，且折射后的雷电压约为架空线路上1/5。 （2）雷击于电缆附近，在电缆芯线和电缆金属护层均感应出较高的电位，但绝缘层所承受的电压较小。,2、进出线若无避雷器保护，则电缆线芯上的感应雷过电压对电缆分接箱影响较大。,一、配网雷害机理,绝缘层所承受的电压较小,1、避雷器,抑制过电压,二、配网防雷装置及接地,能量吸收能力,主要取决于避雷器的热特性，包括避雷器的瞬态和稳态散热能力（冲击电流容量5KA/cm2）。 考核热特性的型式试验包括： （1）长持续时间电流冲击耐受试验； （
