油田配电线路防雷措施研究与应用

油田配电线路防雷措施研究与应用

董兆鑫

（庆油田电力集团供电二公司）

摘要：配网防雷问题一直以来是影响配电线路平稳运行的重点因素之一，成为各地区供电公司配电线路重点防治的课题。本文通过介绍配电线路过电压的形式及危害，对配电网跳闸原因进行分析，结合头台油田的实际情况对照跳闸原因总结现阶段采取的技术措施，为油田配网线路的防雷工作积累经验。

关键词：配电线路；雷击；防雷措施

0引言

大庆油田油气作业区域分散，配电线路作为油气井生产的“血液”遍布油田各个采油区域，如何保障配电线路的安全平稳运行显得尤为重要。据电网故障分类统计表明，在配电线路运行的总跳闸次数中，由于雷击引起的跳闸次数约占总跳闸次数的50％～70％。特别在外围油田，多雷、土壤电阻率高、周边空旷、档距大的地区，雷击配电线路引起的故障已成为影响原油生产的重大隐患。

1油田配电线路雷击跳闸原因分析

在油田配电网系统中，直击雷因为雷电流大，通常会引起线路保护动作跳闸退出运行。对于导线平均高度为10m的配电线路，若雷击点距离此线路为70m，雷电流幅值为100kVA，无任何保护措施的条件下，感应过电压的的最大值约为360kV。由于6kV配电线路的绝缘水平较低，在如此高的过电压下，极易发生绝缘击穿、闪络、断线等事故。

油田6kV线路通常采用1片绝缘子，由于绝缘水平低，感应雷过电压易导致绝缘子闪络。感应雷过电压同时存在于三相导线，相间不存在电位差，故只能引起对地闪络。目前大庆油田配电网采用中性点不直接接地方式，其优点是发生单相接地故障后，允许继续运行1～2h，不致于引起油井停产，提高了供电可靠性。但随着配电网规模的扩大，电缆和架空线路的增多，这种方式显示出弊端。配电网发生单相接地故障后，接地电弧不能自行熄灭必然发展成相间短路，最终造成油井停电和设备损坏。当发生断续性弧光接地时，会引起较高的弧光过电压，一般为3倍相电压甚至更高，波及到整个配电网致使绝缘薄弱的设备放电击穿，造成大面积的停电事故。如果能有效增强配电线路的绝缘水平的同时打通配电线路的泄雷通道，配电线路防雷能力将有质的提升。

26kV配电线路防雷措施研究

配电线路防雷技术理论上可采取多种措施，具体措施如下：

2.1提高线路绝缘等级

大庆油田6kV配电线路建设年代不一致，部分配电线路绝缘等级较低。配电线路常年在野外恶劣环境下运行，部分针式绝缘子出现裂缝等缺陷，在过电压入侵下容易形成局部闪络。通常做法是将6kV配电线路中导线与横担的固定位置加强局部绝缘,使雷电不闪络或闪络后引发的接续工频短路电流因爬距较大而无法建弧,保护导线不被烧伤。一般采用的方法是通过使用冲击放电电压比较高的绝缘子，从而使得配电线路的绝缘水平提高，最终使得线路的防雷能力得到提升。

2.2架设避雷线

架设避雷线能有效降低线路感应雷电压，是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷电直击导线，同时还具有以下作用：①分流作用，以减小流经杆塔的雷电流从而降低塔顶电位；②通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；③对导线的屏蔽作用可以降低导线上的感应过电压。通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。在配网线路建设中，因考虑到工程整体经济性，大庆油田并没有在配网线路中加装避雷线，但国内一些沿海油田采用过在滩海地区配电线路加装避雷线的手段。

2.3沿线加装避雷针

避雷针利用尖端放电原理避免被保护物体遭受直击雷，对户外变电站内的变压器、断路器等电气设备及建筑物应均在其保护范围内，可以防止遭到直击雷的破坏。对于已经投运时间较长的线路，由于杆型限制安装困难，电杆需装设接地系统，因涉及到电杆改造及土地征用问题，投资相对较大，整体经济效益不明显。

2.4线路加装氧化锌避雷器

配电线路上安装避雷器来防护雷电过电压是国内广为采用的一种方法。线路安装避雷器后，当雷击杆塔，雷电流产生分流，一部分雷电流通过杆塔流入大地，当雷电流超过一定值后，避雷器加入分流，大部分雷电流通过避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。线路遭受感应雷过电压，雷电流沿线路向导线两侧传播，当雷电流超过一定值后，线路避雷器加入分流，大部分雷电流通过避雷器流入大地。线路避雷器与绝缘子并联，具有良好的钳位作用，避雷器的残压低于绝缘子串50％放电电压，即使雷击电流增大，避雷器的残压仅稍有增加，绝缘子仍不致发生闪络。这也是线路避雷器防雷的重要特点。雷电流过后，流过避雷器的工频续流仅为微安级，流过避雷器的工频续流在第一次过零时熄灭，线路断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。氧化锌避雷器能够有效截断工频续流、限制雷电过电压、保护效果较好。

2.5线路过电压保护器

该技术措施是针对氧化锌避雷器为无间隙结构、长期运行承受工频电压而进行的改进，其结构为避雷器串联引流装置，并与导线之间形成放电间隙。当发生雷电过电压时，首先击穿导线和引流装置之间的间隙，由避雷器截断雷电流引起的接续工频短路电流，限制雷击过电压。当线路受雷电冲击过电压或工频过电压的影响时，会在过电压达到绝缘子闪络的临界点前，过电压保护器间隙放电，氧化锌压敏电阻动作，将过电压引入大地，确保绝缘子及导线的正常工作。在正常工作中，工频电压被间隙隔离，过电压保护器不承受持续工频续流，限流元件处于高阻状态，确保了电力系统的正常运行。该防护措施能够有效地截断工频续流,限制雷电过电压。

3实际工作中效果验证

由于大庆油田区域分散，各个采油区块遭遇雷暴天数差别较大，根据以往统计数据以油田南部肇州、肇源地区最为频繁。我们选择油田南部区块头台油田配网进行了实验分析。头台油田全部位于草原、耕地、村屯和江湾等地区，地处偏远；冬季气候寒冷，夏季高温多雷雨、且持续时间长，运行环境比较恶劣；电网运行年限过长导致线路部分设施老化，缺少电网优化、升级的措施，抵御自然灾害（特别是雷雨）能力不断减弱，加之2013年洪水的破坏，一些电网缺陷通过常规检修不能解决，存在的安全隐患无法彻底消除，致使跳闸率居高不下。我们于2014年-2015年实施配网改造，采取了一些合理、有效的防雷措施，用来提高配网线路的整体防雷水平，尽量降低因雷害而导致线路产生的跳闸率。一是重新调整区域内线路所带油井产量，平衡各条线路所带用电负荷，将投运年代早、本体状况差的M508线进行重新建设。二是将生活甲线等绝缘等级高、原始负荷轻的线路重新分配油井负荷产能，从整体结构上优化电网结构，保证原油产量。三是对电网运行的针式绝缘子进行更换，提高线路绝缘水平。四是选取落雷频繁区域及干线分段处及较长分支线出口、油井产能重要区域加装氧化锌避雷器。

该项工程于2015年雷季来临之前施工完毕，明显看出与以往年份在雷暴天数接近的情况下跳闸次数下降，头台油田配网线路经改造后防雷水平短期内得到提升。

4结束语

配电线路防雷工作应从源头抓起，因地制宜。配电线路规划和设计时，综合考虑地区污秽状况、年雷暴日天数以及配电线路周边环境等情况，统筹考虑避雷器装设位置、绝缘子形式选择、配电线路跨越保护等工作。防雷工作是一项复杂而又意义重大的综合性的工作，具体的防雷效果与地区环境、落雷密度息息相关，在投资允许的情况下可逐渐应用技术先进的防雷手段，从而提高配网线路整体的防雷能力，保证原油稳定生产。

参考文献

[1]何建林[J].《江北地区10kV绝缘导线线路防雷综合措施应用研究》.

[2]黄兰英，吴广宁[J].《10kV配电线路防雷措施》.

作者简介

董兆鑫，成人大学，助理工程师，从事配电网运维管理工作。