煤礦6 kV線(xiàn)路防雷技術(shù)的研究及其應(yīng)用研究

薛素琴 岳廣義

(1.中平能化集團(tuán)電務(wù)廠(chǎng),河南省平頂山市,467000;2.中平能化集團(tuán)建工集團(tuán)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(xiàn)路基本情況

平頂山煤業(yè)集團(tuán)所使用的高壓架空線(xiàn)路的電壓等級(jí)為35～110 kV,礦井的電源線(xiàn)路為6 kV,作為礦區(qū)生命線(xiàn)的高壓供電線(xiàn)路,電力線(xiàn)路的安全運(yùn)行對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)起著重要的作用。平煤集團(tuán)電務(wù)廠(chǎng)負(fù)責(zé)的30條6 kV線(xiàn)路(包括礦區(qū)城市6 kV線(xiàn)路),長(zhǎng)44.16 km,除了中平能化集團(tuán)電務(wù)廠(chǎng)所轄的6 kV線(xiàn)路,還有幾十條屬于各礦維護(hù)的6 kV礦井主供線(xiàn)路。

平頂山市地處北溫帶和亞熱帶的過(guò)渡地帶,據(jù)1961-2005年的氣象資料統(tǒng)計(jì),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(jì)平頂山煤業(yè)集團(tuán)在1995-2003年因雷擊跳閘的次數(shù)為27次。

1.2 6 kV線(xiàn)路典型的桿塔的建立

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

6 kV線(xiàn)路采用架設(shè)避雷線(xiàn)可有效地防御雷電的侵害。通過(guò)對(duì)新設(shè)計(jì)的6 kV煤礦主要供電線(xiàn)路進(jìn)行建設(shè)或?qū)υ械? kV線(xiàn)路進(jìn)行改造,再對(duì)桿塔防雷結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算,符合要求后,投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。本文以6 kV直線(xiàn)П型桿為例,6 kV線(xiàn)路典型防雷桿塔如圖1所示。新建線(xiàn)路設(shè)計(jì)經(jīng)校驗(yàn)符合要求后可采用;對(duì)于原有的6 kV線(xiàn)路,需增加避雷線(xiàn)支架。

圖1 6 kV線(xiàn)路典型防雷桿塔

2 6 kV線(xiàn)路典型的桿塔的校驗(yàn)

(1)避雷線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)在檔距中最小安全距離的校驗(yàn),根據(jù)規(guī)程SDJ3-79推薦的經(jīng)驗(yàn)公式:

式中:S——檔距中央導(dǎo)線(xiàn)與避雷線(xiàn)間的最小安全距離,m;

l——檔距長(zhǎng)度,m。

取l=100 m,則S=2.2 m。為了減少避雷線(xiàn)架設(shè)后對(duì)原桿塔影響,避雷線(xiàn)放線(xiàn)弧垂平行或大于導(dǎo)線(xiàn)弧垂,故在桿塔處避雷線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)垂直距離取2.4 m。

(2)避雷線(xiàn)水平距離的校驗(yàn),當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)水平排列時(shí),要求桿塔兩根避雷線(xiàn)的水平距離不應(yīng)超過(guò)避雷線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)間垂直距離的5倍,即

式中:λB——避雷線(xiàn)懸掛金具長(zhǎng)度,m;

λD——導(dǎo)線(xiàn)懸掛金具長(zhǎng)度,m;

ΔhB——避雷線(xiàn)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(xiàn)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的保護(hù)角的校驗(yàn),為了保證避雷線(xiàn)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的防雷保護(hù)作用,桿塔上避雷線(xiàn)對(duì)邊導(dǎo)線(xiàn)的保護(hù)角一般采用20～30°。保護(hù)角α可按下式計(jì)算:

式中:DP——導(dǎo)線(xiàn)與避雷線(xiàn)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(guò)以上的計(jì)算,桿塔的防雷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合規(guī)范的要求。

3 6 kV線(xiàn)路耐張塔的防雷計(jì)算與分析

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)設(shè)計(jì)的平頂山煤業(yè)集團(tuán)6 kV架空線(xiàn)路直線(xiàn)塔、避雷線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)和絕緣子的實(shí)際尺寸,進(jìn)行感應(yīng)雷三維仿真計(jì)算,計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 6 kV線(xiàn)路耐張塔的計(jì)算

3.2 計(jì)算結(jié)果

(1)雷擊點(diǎn)距桿塔6 m時(shí)的計(jì)算結(jié)果,如圖3和圖4所示。

(2)雷擊點(diǎn)距桿塔8 m時(shí)的計(jì)算結(jié)果,如圖5和圖6所示。

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

表1 耐張塔右側(cè)絕緣子上的感應(yīng)電壓V

圖8 6 kV線(xiàn)路右側(cè)雷擊點(diǎn)距桿塔10 m時(shí)絕緣子附近的電位分布圖

(5)雷擊點(diǎn)處于不同位置時(shí),耐張塔絕緣子承受的電壓曲線(xiàn)如圖9所示。

圖9 不同位置雷擊時(shí),耐張塔絕緣子承受電壓曲線(xiàn)

從計(jì)算結(jié)果看,當(dāng)雷擊點(diǎn)處于不同位置時(shí),耐張塔絕緣子上承受的電壓不同。當(dāng)雷擊點(diǎn)距桿塔6 m時(shí),桿塔側(cè)絕緣子上的感應(yīng)過(guò)電壓為22614 V;當(dāng)雷擊點(diǎn)距桿塔8 m時(shí),桿塔側(cè)絕緣子上的感應(yīng)過(guò)電壓降低了22%;當(dāng)雷擊點(diǎn)距桿塔10 m時(shí),桿塔側(cè)絕緣子上的感應(yīng)過(guò)電壓降低了43%。

自2007年至今,通過(guò)在中平能化集團(tuán)礦區(qū)新建和改造的幾十條6 kV線(xiàn)路上的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,雷擊跳閘事故大大減少,這說(shuō)明該項(xiàng)目的研究在平煤礦區(qū)6 kV線(xiàn)路上的應(yīng)用效果顯著,使研究技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力,不僅減少了線(xiàn)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(guò)幾個(gè)雷雨季節(jié)的運(yùn)行,運(yùn)行良好。現(xiàn)已在礦區(qū)的6 kV線(xiàn)路上全面推廣,全面提高6 kV線(xiàn)路的耐雷水平,減少線(xiàn)路跳閘事故的發(fā)生,確保煤礦6 kV的供電線(xiàn)路的供電安全。