冲击地压事故范文第1篇

关键词：煤柱区域，冲击地压，分析与研究

 

同煤集团四老沟矿年产260万吨，主采煤层为14#层，其中14#层有分叉合并现象，在301盘区、303盘区、402盘区又分为14-2#层和14-3#层。近年来，随着开采工作面全部转入14#层，上覆11#层采空区留下的面间保护煤柱以及上覆小窑破坏区的不规则煤柱给下层回采带来了诸多影响，在14#层的回采过程中发生了几起冲击地压事故，给矿井安全生产造成了一定的影响，其中最严重的两次均是在工作面推进到上覆11#层煤柱区域下时发生的，由于及时采取了解危措施，从而避免了人生伤亡事故的发生，但给我们留下了深刻的教训。因此，对下层煤柱区域开采冲击地压发生原因的分析与研究具有重要的现实意义。

1、14#层地质及生产技术条件

四老沟矿14#层煤平均厚度3.54米，煤层倾角2°～5°，顶板岩性为粗砂岩、中砂岩及粉砂岩等组成，顶板岩石裂隙较发育，煤层底板为砂质泥岩。。煤层综合柱状图见图1。

2、冲击地压事故概况

2.1事故概况

自2002年以来，在14#层回采工作面共发生过四次冲击地压事故，给矿井安全生产带来极大威胁，累计影响矿井生产达450h，历次冲击地压情况见下表。

冲击地压事故范文第2篇

关键词：故障类型；低压脉冲法；高压脉冲法；烧穿

1 电缆故障的类型及测试方法

根据电缆故障发生的性质和特点，我们一般将其分为以下几种：

（1）开路性故障；

（2）短路性故障；

（3）高阻泄漏性故障；

（4）闪络性故障。

常见的测试方法有高压电桥法和脉冲测距法，电桥法优点是简单、方便、精确度高，但是电桥法只能测试单相和两相开路故障和短路故障，而不能测量三相短路或断路故障，也不能测试高阻泄漏性故障和闪络性故障，实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。脉冲测距法采用的是雷达测距原理，向电缆注入一个电脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来。发射脉冲与反射脉冲的时间差t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V，则故障距离，可由该公式进行计算：L=V・t/2。

由于电桥法测试电缆故障的局限性，目前已经少使用，目前大量使用的电缆故障测试仪是基于脉冲测距法，因此作者重点讨论脉冲测距法在电缆故障测试中的应用和分析。

2 脉冲测距法的应用

脉冲测距法可分为低压脉冲法和高压脉冲法（也叫冲闪法）。低压脉冲法其电脉冲的幅度为100伏左右，脉冲宽度为1微秒左右，低压脉冲只能测试开路故障和短路故障。高压脉冲法（冲闪法）其电脉冲的幅度可高达几万伏，脉冲宽度可达几十毫秒，这样的电脉冲是具有一定能量的，可以将高阻泄漏性故障和闪络性故障瞬时击穿，形成短路性质的故障，并有反射回波。

3 低压脉冲法测试电缆故障

故障点的特性阻抗不同，则反射波也不同，对于开路故障，反射波和发射波同相。短路故障，反射波和发射波反相，因此我们可以从发射波的方向来判断故障性质，通过反射波和发射波的时间间隔来确定故障点的距离。低压脉冲法适用于测试断线故障及低阻故障（100欧以下为低阻，100欧以上为高阻）。经过现场实践证明，低压脉冲测试法测试开路故障及低压故障，测试波形清晰直观，很容易判读。

4 高压脉冲法（冲闪法）测试电缆故障

高阻故障及闪络性故障可用冲闪法进行测试，对于冲闪法测试电缆故障我们并不陌生，它采用试验变压器将电压升到上万伏，再经过整流并给电容充电，当电压足够高的时候，就将球间隙击穿，这样就可形成一个高压脉冲，这个高压脉冲具有足够能量来击穿电缆的高阻泄漏性故障和闪络性故障。

采用高压脉冲将故障击穿的目的是测试电缆故障的距离，如何获取高压脉冲测试时的波形是测试的关键，目前有分压法和耦合法两种。这两种方法我们都使用过，下面就分压法和耦合法的特点和优缺点进行对比分析。

4.1 分悍

为了让测试仪器能够测试并显示高压脉冲击穿故障点的波形，采用了电阻分压的方法，R1是一个大功率的水电阻，其阻值为50MΩ～100MΩ，R2是一个100Ω的电阻，利用这两个电阻的分压关系，几十千伏的电压只在R2电阻有几伏的压降，这样就可以接到测试仪上。由于我们关心的是反射的脉冲波，高压首先将球间隙击穿，高压脉冲再将故障点击穿，波形的反射是叠加在高压脉冲上的，为了获得反射波，需要在测试点前接入一个电感L，否则，这个反射波就会被电容接地短路掉，无法观察。通过我们实际使用和电路分析，高压脉冲分压法有明显的不足：

（1）安全性差，仪器接入高压回路中，对测试人员和测试仪器都有安全威胁。

（2）波形特征不明显，由于要对上万伏的高压脉冲进行大比例的衰减才能接入仪器中，脉冲反射本来只是寄生在大震荡波形之中，这就使得波形更小，极难分辨。

（3）采集信号比较困难，由于共模干扰的存在，测试过程中很容易造成仪器死机、黑屏等现象。

（4）不能对故障点是否已经击穿给出准确的判断，当采集不到波形时，不能确定故障点是否击穿，或是其他原因。

（5）L、R1、R2等的存在使电路的电气特性复杂化，尤其是分压电阻（一般为水阻）对采集波形起到关键作用的选择要求很高，如阻值配备不合适将给波形的采集和判读造成很大麻烦。

4.2 耦合法

高压脉冲耦合法取样采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。

线性电流耦合器L放置在储能电容C接电缆外皮的接地引线旁，感应地线中的电流变化磁场。

经过现场实测证明，不管是中远距离故障，还是近距离故障，高压脉冲耦合法测试波形都很好，波形稳定，故障特征明显。

5 故障点不能击穿的解决方法

我们在故障测试中经常会碰到故障点无法击穿，无法测到故障点波形，现根据作者日常经验，提出以下几点个人见解。

（1）提高电压（即拉大球间隙距离）。

（2）增大电容容量，使用两个或以上的电容器串联。

（3）采用“机关枪法”。

当拉大球间隙，提高脉冲电压，或者增大电容的容量，都不能将故障点击穿，而提高脉冲电压和增大电容容量可能会受到设备容量和耐压等级限制。当使用直流高压发生器或者试验变压器给电缆加压时，随着电压的提高电流很快增大，甚至超过了试验设备的容量范围，故障点仍然不能击穿。为了解决这个问题，作者进行了大量的试验和分析。故障点击穿并形成放电现象，需要有足够能量，能量的大小与电流、电压以及所施加的时间都有关系。用直流高压发生器或者试验变压器给电缆加压时，所能施加的电压和电流都不大。用高压脉冲法，虽然能提供足够高的电压和电流，却不能维持足够长的时间。

我们在使用高压脉冲法测试电缆故障时，都是以一定的频率进行放电，当提高初级（调压器）电压，则放电频率提高，当放电频率进一步提高时，甚至可以认为我们在给电缆连续施加足够大的电压和电流，球间隙使我们能够提供足够高的电压，电容使我们能够提供足够大的电流，这样就形成了足够的电能，并很快将故障点击穿。一旦故障点被击穿，放电频率骤然降低，使用这种方法一般只需几分钟即可将故障点击穿。使用这种方法时可适当将球间隙减小，以便很快形成持续放电现象，本人将这种方法取名“机关枪法”。

（4）使用声测法直接定点

有的时候，电缆的故障波形是测不出来的，有的电缆整根泡在水中，这时，就有可能长时间都无法烧穿，如果是长度较短的电缆，因其为高阻故障，用声测法试验时放电声音相当大，因此可沿电缆路径听其放电声即找到故障点.对于长度较短的电缆，当故障点没有烧穿而无法测出故障点距离时，直接使用声测法有时也能大大缩短故障查找时间。

冲击地压事故范文第3篇

关键词：10KV，配电网，运行，故障， 防范措施

Abstract: the author in the process of building business, combined with the integration and management for many years with the camp to repair work experience points out 10 KV power distribution network of some typical faults in the operation of, and puts forward the corresponding prevention plan, the distribution network operation, construction, the transformation, the management work be scientific.

Keywords: 10 KV, power distribution network, run, fault, preventive measures

中图分类号：U226.8+1文献标识码：A 文章编号：

1． 10kV配电线路常见故障及防范措施

近年来，虽然加强了对配电线路的改造力度，使配电线路运行水平得到提高，但线路事故仍时有发生，应采取有效的措施减少甚至避免事故的发生，提高10kV配电线路的安全运行水平。

1.1 10kV配电线路常见故障

一般，10kV配电网绝缘水平低，线间距离较小，并且架空线路通过的位置多为丘陵、山地、空旷地方及有污染源的工业园地，线路易遭受雷击、外力破坏和设备等故障，致使线路跳闸。根据一般的运行经验，10kV架空配电线路的常见事故有如下几种：

1.1.1自然灾害因素

1.1.1.1雷击事故

统计表明,中等雷暴日地区配电变压器的雷击损坏率为1%。究其原因如下:

(1)逆变换过电压。根据文,配电变压器采用三点共地接线,如图1所示。

图1避雷器、低压绕组和变压器外壳三点共同接地接线

所谓逆变换过电压,即当10kV侧侵入雷电波,引起避雷器动作时,在接地电阻上流过大量的冲击电流,产生压降IR,这个压降作用在低压绕阻的中性点上,使中性点的电位抬高,当低压线路比较长时,低压线路相当于波阻抗接地。因此,在中性点电位作用下,低压绕组将流过较大的冲击电流,三相绕组中流过的冲击电流方向相同、大小相等,它们产生的磁通在高压绕组中按变压器匝数比感应出数值极高的脉冲电势。三相的脉冲电势方向相同、大小也相等(假定三相磁路对称)。由于高压绕组接成星形,且中性点不接地,因此在高压绕组中,虽有脉冲电势,但无冲击电流。冲击电流只在低压绕组中流通,高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡,因此,低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流,产生很大的零序磁通,高压侧感应很高的电势。由于高压绕组出线端电位受避雷残压固定,这个感应电势就沿着绕组分布,在中性点幅值最大。因此,中性点绝缘容易击穿。同时,层间和匝间的电位梯度也相应增大,可能在其他部位发生层间和匝间的绝缘击穿。这种过电压首先是由高压进波引起的,再由低压电磁感应至高压绕组,通常称之为逆变换。比如接地电阻R为7Ω,由计算知道逆变换电压约为910KV,它可能导致绕组中性点附近层间或匝间绝缘击穿。

(2)正变换过电压。所谓正变换过电压,如图1所示,当雷电波由低压线路侵入时,配电变压器低压绕组就有冲击电流流过,它也将按匝数比在高压绕组上产生感应电动势,使高压侧中性电位大大提高,它们层间和匝间的梯度电压也相应地增加。这种由于低压进波在高压侧产生过电压的过程,称为正变换。试验表明,当低压进波为10kV,接地电阻5Ω时,高压绕组上的层间梯度电压有的超过配电变压器的层间电压。

2.1.1.2如何防止

(1)在低压侧加装MOA。它可有效限制正、逆变换过电压。其接线如图1所示。MOA的安装位置尽量靠近配电变压器,接地引线尽量短,以限制作用于配电变压器绝缘上的过电压。

(2)在低压侧加装平衡绕组。它从根本上抑制正、逆变换过电压。实践证明它是治本的好办法。除了雷电外、强对流天气、大雾、霜冻等造成事故的现象每年都有发生，且呈逐年递增趋势，对配电线路设施破坏极大。由于本地区地处亚热带多雷地区，年平均雷电日在98d/a以上，一些较长的10kV线路没有安装线路型氧化锌避雷器，同时避雷器引下线被盗等也会引起雷电及事故。导线连接器接触不良。很多地区以前都习惯使用并沟线夹作为10kV线路的连接器，甚至个别采用缠绕的方式接线，导致导线连接不良，经受不住强大雷击电流的冲击而烧损导线。避雷器接地装置不合格。不合格的接地装置，接地电阻大于10Ω，泄流能力低，雷击电流不能快速流入大地。避雷线引下线被盗，雷击电流无法流入大地。

2.1.2外力破坏造成的故障

因10kV线路面向用户端，线路通道复杂，交跨各类线路、道路、建筑物、构筑物、堆积物、树木等较多，极易引发线路故障。因此外力破坏亦是10kV配电线路多发事故的原因之一。这类事故根据破坏源头可分为：树木生长超过与10kV架空线路的安全距离，造成线路接地；车辆或施工机具误碰撞触10kV架空线路及杆（塔），引起线路接地；风筝碰触引起10kV架空线路相间短路速断跳闸；铁塔的塔材、金具被盗引起杆塔倾斜或倒杆（塔）；杆塔基础或拉线基础被雨水冲刷严重引起倒杆（塔）；城市建设步伐加快，旧城改造进程中，有大量的市政施工。基建、市政施工时，对配网造成破坏，主要表现在两个方面：①基面开挖伤及地下敷设电缆；②施工机械、物料超高超长碰触带电部位或破坏杆塔；城区大部分线路架设在公路边，经济发展所带来的交通繁忙，以及少数驾驶员的违章驾驶，引起的车辆撞倒杆事故发生；导线悬挂异物类。一些庆典礼炮和彩带，放风筝，生活垃圾中的漂浮塑料、农用的塑料薄膜等物体，也对配网的安全运行造成了隐患。

2.1.3设备故障导致线路跳闸事故

由于安装水平以及制造质量等原因，导致户外电气设备存在着缺陷，设备之间的连接接触面不够，接触电阻过大；或者由于负荷电流大，引起连接处发热烧毁，导致线路缺相运行。

2.1.4用户产权设施造成的故障

用户产权电力设施普遍存在无人管理、配电房防护措施不完善、电缆沟坍塌积水等问题，仍然运行着一部分多年的老型号电力设备。因缺乏维护，内部故障时，分界点的开关未跳闸或高压保险未熔断，甚至有的单位直接将高压保险短接，造成越级跳柱上开关甚至变电站开关，而且发生故障后抢修困难、修复期长。部分客户在销户时，直接将变压器等设备拆除，而留下高压T接线，悬挂在空中，带来极大的安全隐患。

运行管理中影响配网安全的主要因素是巡视不到位、消缺不及时。巡视不到位，主要是人员技能素质不高、责任心不强，对导线在运行中磨损、断股等缺陷以及设备缺陷等未能及时发现。消缺不及时，主要是消缺管理流程不清晰、检修质量不高、责任考核不落实。

2.2故障的防范措施

2.2.1针对天气因素采取的反事故措施

提高绝缘子的耐雷水平，特别是针式绝缘子的耐雷水平。根据近几年来的运行经验，耐张点的悬式绝缘子在雷击时极少发生闪络故障，故障发生点集中在针式绝缘子上，进一步提高绝缘子的耐雷水平有助于提高线路的防雷能力。安装线路避雷器则是一个经济、简单、有效的措施。在线路较长、易受雷击的线路上装设金属氧化物避雷器或防雷金具，以及在变压器高低压侧装设相应电压等级的避雷器。穿刺型防弧金具安装方便，密封性能好，金具高压电极与绝缘导线紧密接触，耐受电弧烧灼，运行安全可靠，值得推广应用。定期检测接地网，确保接地网的接地阻值合格。加强与气象部门的联系，积累资料，达到预警预报条件的气象灾害时，提前采取防范措施，最大限度减少气象灾害造成的损失。

2.2.2防外力破坏

在交通道路边的杆塔堆砌防撞墩并涂上醒目的反光漆，以引起车辆驾驶员的注意。对于在配电线路附近的施工，应及时联络施工方，并签订防护责任书，避免盲目施工导致线路跳闸。加强打击破坏盗窃10kV线路塔材及金具的力度，力求得到当地公安、治保部门的配合。运行部门定期巡视检查10kV线路的杆塔基础、拉线基础和违章建筑物，对被雨水冲刷严重的杆塔基础、拉线基础进行及时维修，对存在缺陷的设备及时处理和检修，对违章建筑物进行清理整顿。

2.2.3防设备故障

对10kV线路杆塔定期进行检查，对不够牢固的杆塔及时进行加固基础或增加拉线。新立杆塔应严格按设计要求施工。对于线路连接部分，应装设铜铝线耳或铜铝线夹使其接触良好。

2.2.4完善配网结构。

首先是加强配电线路的结构调整，使布局更加合理。随着输送功率的增加，一些导线的截面积显得偏小，因此可换截面积较大的导线，或加装复导线来增大输送容量，同时可以减少电能损耗。在主干线路增设分段开关、分支开关，这样能最大限度地减小停电范围。在条件允许的情况下，将开环网络改成“手拉手”的环网，这样能极大提高电网运行的灵活性，并减小因故障或正常检修引起的停电范围。

3做好配电安全运行维护工作

配电线路的运行维护是安全生产管理的基础性工作。其目的是为了掌握配电线路设备运行的健康状况、线路防护区状况以及环境变化对线路安全运行的影响，及时发现危及线路安全运行的缺陷和隐患，设备本身的缺陷和隐患，为配电线路设备的检修、维护工作提供依据，以保证线路安全运行。

4结束语

电力是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的重要物质基础，随着城乡建设的不断深入，10kV配电网也迅速得到发展扩大。配电网直接关系到工农业生产和人民的生活用电。我们必须对配电网络故障认真分析及仔细研究，下大力气进行整改和加强管理，才能保证电网安全，创造较高的经济效益。

参考文献:

[1]蔡乐，邓佑满，朱小平．改进的配电网故障定位、隔离与恢复算法［J］．电力系统及其自动化，2001，25（26）：48－50．

[2]黄力．配电网故障定位的简单矩阵算法［J］．湖北电力，2005，29（5）：1－3．

冲击地压事故范文第4篇

关键词：动力灾害 冲击矿压预应力桁架

前言

煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动力灾害，是煤矿重大灾害之一。目前，我国的冲击矿压及矿震灾害十分严重，近年来，随开采深度增加，此类灾害有加重的趋势。在高突矿井冲击矿压现象所引发的灾害后果更为严重，已成为制约煤矿安全生产新的灾害，是煤矿行业发展的重大障碍。我矿3层、9层都发生过不同程度的冲击地压事故，17层的煤层动力现象也比较明现。进入三水平，防冲的手段是我矿未来安全生产的主要课题。

冲击矿压防治措施

分析目前所采用的各种压力控制方法，从其对付矿压的原理来看，不外乎抗压、让压、躲压、移压四种控制途径。

抗压，是指通过提高支架的支撑能力或提高支护密度等方法，用加强支护的手段去抑制或减少围岩的移动，增强巷道的抗变型能力。如增大型钢的规格，提高支架的承载能力，充填支架背后的空间等。

让压，是指在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重损坏的前提下，容忍围岩产生一定变形，以释放掉一些能量，从而大大降低围岩对支架造成的压力。

躲压，是指根据工程体周围应力重新分布的特点和规律，在巷道位置的选择上将巷道布置在应力降低区内，从时间或空间上躲避开高压力的影响和作用。

移压，是指通过人工方法将巷道围岩松动，形成卸压槽孔或其他形式的卸压空间，在保持整体稳定的条件下，降低自身的承载能力，迫使载荷转移到离巷道较远的地点，达到减轻巷道受压的目的。

通过对已发生的冲击矿压事故现象调查发现，事故发生时的特点如下且基本相同：（1）事故发生前没有明显前兆，速度快；（2）事故发生时伴有巨响，有气浪；（3）事故发生后有大量煤体抛出，严重堵塞巷道，破坏严重。

前言中我们说过冲击矿压是在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放。其释放应力巨大，抛出大量货物，抗压对防治冲击矿压来说可行性比较小所以我们放弃抗压手段。结合以往的经验，冲击矿压常用防治措施如表1所示：

表1 常用治理措施汇总表

类别 防范措施 解危措施 防护措施

作用

原理 避免形成高度应力集中，避免产生能量积聚的条件，预先改变煤岩冲击倾向 降低应力梯度，创造能量释放条件，破坏煤岩结构 避免造成灾害事故

措施

名 称 开采解放层

合理的开拓开采布置

煤层预注水

煤层超前松动爆破

顶板预注水

顶板超前爆破 煤层卸载注水

煤层卸载爆破

煤层松动爆破

煤层卸载钻孔

顶板爆理

底板爆理 加强支护

宽巷掘进

爆破工艺制度控制

除了以上所列举的经常使用的治理方法，我们还可以使用锚网索+可伸缩性支架联合支护。

众所周知锚网索支护属于主动支护，可以充分利用围岩的自承能力、所需材料体积小、重量轻辅助运量低，虽然其有许多优点，但由于是隐蔽性较强的支护形式，压力显现不明显并且刚性有余韧性不足，一旦产生冲击压力围岩的应力平衡必然被打破，势必发生大面积冒顶事故。但可伸缩性支架为柔性支架，优点是其断面形状与顶板冒落后形成的自然平衡相吻合，可以让过冲击压力的峰值，在锚网索失效的瞬间对其产生支撑力阻止巷道继续垮塌冒落，有利于保持巷道的稳定性。 虽然可伸缩支架可以有效的防止冲击矿压的发生但随着煤矿科技的发展，产生了一种更加先进的支护技术：预应力桁架锚杆支护。

3预应力桁架的概念

预应力桁架是将巷道两肩窝深部岩体作为锚固点，专用张拉机通过桁架连接器将高强度的预应力钢绞线锁紧，并传递张拉力实现对顶板浅部围岩的兜护和对顶板结构的加固，控制顶板的离层、防止顶板加固区整体垮冒。

4预应力桁架的作用机理

预应力桁架最初应用在顶板，当支护的预应力达到一定程度时，能形成预应力承载结构，该结构不仅能通过大变形实现对外层结构的适应性让压，同时能在大变形中保持整体稳定性特征的层状顶板结构叫预应力承载梁，它具有连续传递应力的效应，从而使垂向应力集中程度减缓，两帮煤体破坏减弱，消除或大大减缓顶板离层，并从根本上控制巷道围岩的最终变形量，以达到最佳支护效果。这种支护方式充分发挥了各自的优势，刚柔相济、内外并举、标本兼治，即控制变形又保证安全，达到了良好的安全和经济效果。

图1预应力桁架的承载结构的作用机理

5预应力桁架的优点

预应力桁架与其他传统支护相比有很多优点：1）桁架内锚固点为巷道两肩窝深部岩体，十分可靠。2）桁架中拉紧的钢绞线与顶板形成线或面接触，作用范围大，松散破碎顶板受力状态好。3)钢绞线抗剪性能强，能缓解水平应力导致的顶板支护结构的剪切破坏；4）随围岩变形易形成闭锁结构，支护结构不易失效；5）桁架施加的水平预拉力在巷道顶板内产生一对对称弯矩，平衡顶板弯曲而产生的拉应力区，减少顶板破坏。6）与U型棚支护相比，每米巷道节省500元左右，施工直接成本大大减少，减轻了工人的劳动强度，减少了辅助运输量，提高了单进水平。

此项技术在生产中取得了不错的效果，如今该技术已推广应用，为矿区建设高产高效矿井提供了可靠的支护技术保障。

预应力桁架支护技术在控制顶板离层、大倾角高帮整体移动、小煤柱松散变形及高应力巷道围岩关键部位加固等复杂条件下的应用具有很强的灵活性和针对性，应用范围非常广泛。

6 结语：

1）预应力桁架支护技术在控制顶板离层、大倾角高帮整体移动、小煤柱松散变形及高应力软岩巷道围岩关键部位加固等复杂条件下的应用具有很强的灵活性和针对性。

2) 根据现场工业实验结果表明，该治理措施有效地制止了冲击矿压事故的发生，必免了灾害性事故的蔓延，安全生产做以保障，同时有着明显的经济效益。

参考文献：

冲击地压事故范文第5篇

关键词：10kV 配电线路 防雷保护 间隙设计

中图分类号：S611 文献标识码： A

前言

由于 10kV配电线的绝缘水平低，当线路由于雷电活动和雷电过电压线路绝缘子闪络时产生的，可以很容易地导致此类事故，在配电线路的设计上，以节省线路走廊和使用塔多回路技术为主，这四个塔竖立建立了循环备份，虽然在这种情况下，节约线路走廊，减少了线的投资，但由于塔多回路和行与行之间的电气距离远远不够的，因此，一回线遭受雷击后线路绝缘子地面损坏故障，如果流量后继续发生故障的次数也比较大，连续陆空电弧会出现与免费的热和光自由的两极，小环之间的距离，然后自由弧将蔓延到其他线路，造成接地故障的发生相同的极点，将导致更严重的回线故障的同时，极大地影响了可靠性可用于电源配电线路，在上述线路中，加强绝缘的方法，可采取更换绝缘电线裸电线，绝缘膜，增加绝缘导体和绝缘体之间的间隙，更换绝缘子模型等方法，以提高线路绝缘水平。

一、雷电冲击过电压下的绝缘配合

对空气间隙施加冲击电压，使电压随着时间迅速由零上升到峰值后，又逐渐哀减。研究表明，空气间隙完成击穿过程所需的时间与电压形式和间隙的结构都有关，但在任何情况下，这个时间都反映出有它的偶然性，这一现象决定了空气间隙击穿的统计性。在多次施加电压时，击穿时而发生，存在一个击穿的概率 P。随着电压峰值的继续升高，多次施加电压时，间隙的击穿百分比越来越高。最后，当电压峰值超过某一值后，间隙在每次施加电压时都将发生击穿。事实上，这个值在实验中是很难准确求得的，但已有的试验数据表明，在雷电冲击击穿电压下，空气间隙击穿电压或绝缘子串的闪络电压的概率大体上遵从正态分布，可用式（ 1）来表示

式（ 1） 中 u50为击穿概率为 50% 时的峰值电压，δ 是标准偏差。在极不均匀电场中，由于放电时延较长，雷电冲击击穿电压的分散性也大，其标准偏差可取为 3%。函数 P（ u） 不存在为 0 和 1 的数值，因此相当于 P =0 的耐受电压 u0和 p = 1 的保证击穿电压 u100取 u0= u50（ 1 -δ） ，u100= u50（ 1 + 3δ） 。查表可知，当 u0= 0.9u50，u100= 1.09u50时，其耐受概率和间隙保证击穿的概率均为 99.85%，因此以 u0和u100来进行绝缘配合，安全性是足够高的。

设保护间隙在雷电冲击 50% 放电电压为 uh50，在此间隙距离下的雷电冲击波形的保证击穿电压uh100= uh50（ 1 +3δ） 。另设绝缘子串的雷电冲击50%放电电压为 uj50，则此绝缘子串的雷电冲击耐受电压 uj0= uj50（ 1 - 3δ） 。按照雷电冲击电压下保护间隙和绝缘子串的绝缘配合原则，要使保护间隙在雷电冲击过电压下能够保证先于绝缘子串放电，可靠保护绝缘子，使 uh100= uj0，uh50（ 1 + 3δ） = uj50（ 1 -3δ） ，计算知此时 uh50= 0.835uj50，即只要保护间隙的雷电冲击 50% 放电电压不大于绝缘子串雷电冲击50% 放电电压的 0.835 倍，保护间隙就可以在雷电过电压时对绝缘子串进行有效的保护。这种绝缘配合方式下保护间隙对绝缘子串的保护效果分析如下： 设 uh和 uj，分别为保护间隙的雷电冲击击穿电压和绝缘子串的闪络电压 uh-N（uh50，0.032u2h50） ，uj- N（ uj50，0.032u2j50） 。当 uh

则 z 服从标准正态分布，当 uh> uj时保护是小概率，为：

取 k =0.85，查标准正态分布表可得到 P（ uh> uj） =P（ z > 3.81 ） = 0.007% ，即保护间隙的雷电冲击50% 放电电压只要不大于绝缘子串的雷电冲击50% 放电电压的 0.85 倍，则保护间隙对绝缘子串的保护有效性不小于 99.993%。因此采用 uh50=0.835uj50，即保护间隙雷电冲击 50% 放电电压为绝缘子串放电冲击闪络电压的0.835倍，是可以在雷击闪络时对绝缘子串进行有效保护的。

二、操作过电压下的绝缘配合

操作过电压产生的原因是电力系统中存在着许多电感和电容元件，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路电感等，它们均可以作为电感元件，而线路导线对地电容和相间电容，补偿用的并联和串联电容器组，和高压设备的杂散电容均可作为电容元件。当系统进行操作或发生故障使其工作状态发生变化时，将产生过渡过程，在过渡过程中，由于电源继续供给能量，而且储存在电感中的磁能将会在一瞬间转变为以静电场能量形式储存在系统的电容中，由此产生了数倍于电源电压的操作过电压，操作过电压是延续几毫秒至几十毫秒之后才消失的暂态过电压。近年来开展的对操作过电压波形下气体绝缘放电特性的研究表明，操作过电压的波形对放电电压也有很大的影响。试验表明，对于各种形状的空气间隙，操作冲击电压下空气间隙的击穿多发生右波前时间范围内，波尾时间对击穿电压没有影响，并且操作冲击的击穿电压和波前时间之间呈现所谓的“U 形曲线”的关系，即空气间隙的 50% 击穿电压在不同的波前时间下具有极小值，并且对应于极小值的波前时间随着间隙距离的增大而增加。对于 7 m以下的间隙，这个波前时间大致在（ 50―200） μS之间，因此采取规程规定的 250 /2 500 μS 标准操作冲击波形下的保护间隙的击穿电压进行绝缘配合。

10kV输电线路的绝缘配合要考虑以下几种操作过电压： 空载线路合闸和重合闸过电压、开断空载线路和并联补偿电容过电压、开断空载变压器过电压、以及单相间歇性电弧接地过电压。对于10kV系统的绝缘配合，系统的最大操作过电压 U 可取为4 倍的线路最大运行相电压，即 40kV。在操作冲击电压下，空气间隙的击穿电压或绝缘子串的闪络电压的概率分布大体上也遵从正态分布，如同雷电冲击电压一样，也用式（ 1） 表示。但是与雷电冲击电压不同的是，由于空间电荷的形成、扩散和放电时延有很大的统计性，所以操作冲击击穿电压的分散性很大，一般要比雷电冲击击穿电压大得多。对于波前时间在数十到数百μS的操作冲击电压，极不均匀电场间隙的 50% 击穿电压的标准偏差σ约为5% ，波前时间超过 1 000 μs 后，可达 8% 左右。因此保护间隙在操作冲击电压下的耐受电压仍可以取为：u0= u50（ 1 -3σ） 。根据保护间隙在操作冲击过电压下的绝缘配合原则，即要使保护间隙在系统可能的最大操作过电压下击穿的概率足够小，也不降低整个线路的绝缘水平，应使 u0=u50（ 1 -3σ） 。因为保护间隙的操作冲击击穿电压的波形取为 250/2 500 μs 的标准波形，这里 σ 取为 5%，得（ u50- u0） /u0= 0.15 /0.85 = 0.176。即满足在操作冲击击穿电压下绝缘配合的要求，保护间隙的操作冲击 50%放电电压应该比系统的最大操作过电压高 17.6%。

由此可知，10kV系统的最大操作过电压为40kV，因此保护间隙的操作冲击 50% 放电电压应该大于 47.04kV，可能满足设计要求。因为极不均匀电场中操作冲击击穿电压同样有极性效应，正极性下的操作冲击 50% 击穿电压要比负极性下小的多，所以进行绝缘配合的保护间隙的操作冲击击穿电压取为正极性下的值。按照 u50= 47.04kV，查正极性下标准操作冲击波 50% 放电电压和间隙距离的关系曲线，可以得到满足绝缘配合要求的保护间隙的绝缘配合距离为 18 mm。

三、基于 ANSYS 的防雷保护间隙与绝缘子配合仿真

根据以上保护间隙和绝缘子串在雷电冲击电压和操作冲击电压下的绝缘配合的结果可知，满足绝缘配合要求的保护间隙最大距离为 21.06 mm，最小间隙距离为 18 mm，因此满足设计要求的保护间隙两个引弧端头之间的距离要在最大距离和最小距离之间取值，这里取为 20 mm，由此设计出来的间隙距离已经可以满足工程上安装的要求。在 10kV输电线路中多采用 P -15 针式陶瓷绝缘子。其结构以及尺寸如图 1 所示。现在其两端加装两个球形招弧端子，即保护间隙为 20 mm 的两个球形放电装置。两个球直径均为 20 mm，两球球心距绝缘子边缘10 mm，建模仿真，如图 2 和图 3。

结束语

以上所设计的防雷保护间隙在 10kV线路遭受雷击时输导雷电流和工频续流，不使放电电弧沿绝缘子串形成，保护了绝缘子不受烧伤和击穿，防止了线路掉线停电事故的发生，保证了线路在雷电过电压下的安全运行。以上的雷电冲击 50% 闪络电压仿真结果，验证了所设计的防雷保护间隙的有效性和可靠性，因此该防雷保护间隙具有实用价值。

参考文献

[1] 刘华伟. 高速公路电器、电子系统的防雷保护[J]. 安防科技. 2004（10）

[2] 曾勇智，周萍. 变电站综合自动化装置的防雷保护[J]. 机电设备. 2008（03）

[3] 许志斌. 浅析高速公路机电三大系统的防雷保护技术[J]. 硅谷. 2008（16）