劉新民 河北鹿縣電力局
摘 要：本文介紹了35kV線路遭受雷擊后的危害。采用典型的防雷保護(hù)接線，在35kV線路變電站進(jìn)出線段，架設(shè)避雷線，降低桿塔接地電阻; 在無(wú)避雷線段桿塔上裝設(shè)金屬性消雷器，這些避雷器防雷技術(shù)措施，可以使35kV線路免受雷擊的危害。
關(guān)鍵詞：大氣過(guò)電壓 避雷線 不平衡絕緣 金屬性消雷器 避雷器 自動(dòng)重合閘
0 前言
農(nóng)網(wǎng)35kV線路分布很廣，雷雨季節(jié)遭受雷擊機(jī)會(huì)很多。線路遭受雷擊有三種情況：一是雷擊于線路導(dǎo)線上，產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓；二是雷擊避雷線后，反擊到輸電線上；三是雷擊于線路附近或桿塔上，在輸電線上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。無(wú)論是直擊雷過(guò)電壓還是感應(yīng)過(guò)電壓，都使得導(dǎo)線上產(chǎn)生大量電荷，這些電荷以近于光的速度（每秒30萬(wàn)公里）向?qū)Ь�兩邊傳播，這就是雷電進(jìn)行波。
直擊雷過(guò)電壓，輕則引起線路絕緣子閃烙，從而引起線路單相接地或跳閘，重則引起絕緣子破裂、擊穿、斷線等事故，造成線路較長(zhǎng)時(shí)間的供電中斷。雷電進(jìn)行波順線路侵入到變電站，威脅電氣設(shè)備的絕緣，造成避雷器爆炸、主變壓器絕緣損壞等事故，直接影響了變電站的安全運(yùn)行。為了提高供電的可靠性，減少因大氣過(guò)電壓造成的危害，對(duì)35kV架空線路應(yīng)采取以下防雷保護(hù)措施。
1 選擇典型的防雷保護(hù)接線
防止35kV線路直擊雷和進(jìn)行波最有效的方法是架設(shè)避雷線。但因雷擊避雷線時(shí)，避雷線上產(chǎn)生的電位相當(dāng)高，35kV線路的絕緣水平承受不了這個(gè)高電壓，容易造成反擊，同樣會(huì)引起線路跳閘，同時(shí)避雷線線路造價(jià)又高，因此，35kV線路只在變電所進(jìn)——出線段，根據(jù)變壓器容量，架設(shè)1~2公里避雷線，以限制流進(jìn)避雷器的雷電流和限制入侵波的陡度。但變電所的閥型避雷器不允許通過(guò)太大的雷電流，一般不應(yīng)超過(guò)5kA，再則通過(guò)閥型避雷器的雷電陡度也不允許太大，陡度太大亦即電壓上升速度太快，會(huì)使避雷器來(lái)不及放電，使避雷器沖擊電壓提高，從而作用在被保護(hù)物的電壓也提高了，這就容易破壞設(shè)備的絕緣。為了降低侵入波的峰值和陡度，35kV線路除架設(shè)避雷線外，限制侵入波峰值的辦法是在避雷線兩端桿塔上還加裝管型避雷器或保護(hù)間隙。為此，35kV線路和變電所要選擇典型防雷保護(hù)接線，如圖1所示：
圖1 變電站典型防雷保護(hù)接線圖
圖中：HY5W2-52.7/134型氧化鋅避雷器；
GB1-2-GXS（35/2-10）型管型避雷器。
GB1型的作用，當(dāng)進(jìn)線段外側(cè)無(wú)避雷線段線路受雷擊時(shí)，雷電波經(jīng)過(guò)一段線路衰減后變形，陡度會(huì)降低，但仍很大，經(jīng)GB1放電后，以降低侵入波的峰值和陡度；GB2的作用是：變電所是35kV雙回路供電時(shí)，一回路運(yùn)行，另一回路熱備用時(shí)，斷路器處于斷開位置，當(dāng)雷電波到達(dá)斷路器觸頭就會(huì)產(chǎn)生全反射，電壓可升高一倍，若沒(méi)有GB2保護(hù)，觸頭間介質(zhì)將被擊穿，就會(huì)產(chǎn)生陡度的波侵入到變電所去，對(duì)具有線圈的電氣設(shè)備的匝間絕緣是很危險(xiǎn)的。因此，就必須安裝GB2型管型避雷器或放電間隙。
2 35kV線路防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)要求
2.1避雷線的選擇
2.1.1桿塔的選擇
帶地線的35kV線路，要選用定型的桿塔，以確定避雷線懸點(diǎn)高度和與導(dǎo)線間垂直距離h和避雷線的保護(hù)角α=tg-1S/h(度)。一般水泥雙桿h為3.25m-4m為雙根避雷線，鐵塔h為5.7m為單根避雷線，以滿足角α為20º~30º的要求。直線水泥雙桿ZMD避雷線保護(hù)角如圖2所示：
圖2 ZMD水泥雙桿避雷線保護(hù)角示意圖
2.1.2 避雷線截面S的選擇
避雷線截面和導(dǎo)線截面要適當(dāng)配合：LGJ——35——70平方鋼芯鋁導(dǎo)線，選用GJ——25平方鍍鋅的絞線為避雷線，LGJ-95-185平方的導(dǎo)線，選用GJ-35平方的避雷線。
2.1.3 計(jì)算避雷線的應(yīng)力和弧垂
適當(dāng)選擇導(dǎo)、地線的安全系數(shù)K=計(jì)算拉斷力(N)/最大允許應(yīng)力（N）。導(dǎo)線安全系數(shù)K為2.5-3；避雷線安全系數(shù)K為3.8-4，這樣選擇的目的是：避雷線的應(yīng)力和弧垂與導(dǎo)線的應(yīng)力和弧垂相配合，即滿足在大氣過(guò)電壓條件下，無(wú)風(fēng)，氣溫為115℃時(shí)，在檔距中央，導(dǎo)、地線間最小距離SDB≥0.012LD+1（m）的要求，以防止避雷線受直擊雷時(shí)發(fā)生閃烙，造成事故。當(dāng)導(dǎo)、地線間的垂直距離n已確定，在大氣過(guò)電壓條件下（V=0、b=0、t=15℃）時(shí)，線路耐張段最大代表檔距LD、導(dǎo)線的弧垂fD15、避雷線比載 g1B為已知時(shí)，避雷線在此條件下其應(yīng)力σB15按下式計(jì)算：
σB15≥LDZ·gB1/8[h+fD15-(0.012LD+1)](N/mm2) (1)
σB15是在大氣過(guò)電壓條件下避雷線的使用應(yīng)力，不是最大使用應(yīng)力σBmax，以σB15和相應(yīng)應(yīng)力，不是最大使用應(yīng)力σBmax，以σB15和相應(yīng)氣象條件，代入狀態(tài)方程，分別求出最低氣溫t=-30℃和最大比載gB6或gB7時(shí)應(yīng)力，選其中的大者作為避雷線的最大使用應(yīng)力σBmax。以避雷線最大使用應(yīng)力和相應(yīng)控制氣溫為已知條件，可以求出避雷線的臨界檔距LBK，以確定控制條件：線路代表檔距LD>LKB時(shí)，受最大比載控制，tm=-5℃; LD<LKB時(shí)受最低氣溫控制，tm=-30℃。
以避雷線最大使用應(yīng)力σBmax和相應(yīng)的氣溫條件tm為已知，利用狀態(tài)方程式可以計(jì)算出各代表檔距LD，氣溫從40℃至-30℃每隔10℃時(shí)的應(yīng)力σBt，再利用拋物曲線原理計(jì)算出避雷線的弧垂fBt：
fBt= LDZ·gB1/8·gBt (m) (2)
然后繪制避雷線弧垂安裝曲線，其方法：按一定比例，以代表檔距LD作為橫坐標(biāo)，以弧垂fBt作為縱坐標(biāo)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，每隔10℃繪制成一條曲線，共七條曲線，作為避雷線施工緊線時(shí)查用。
2.1.4降低避雷線桿塔的接地電阻
帶架空地線的桿塔，避雷線要可靠接地。降低避雷線桿接地電阻R是提高線路耐雷水平反擊的有效措施。桿塔的接地裝置，可用φ-10圓鋼用方環(huán)型另加幅射方式布置，埋深不小于0.7m。水泥桿避雷線接地引下線，一般用GJ-35平方鋼絞線與接地裝置相連，不可用預(yù)應(yīng)力水泥桿內(nèi)的配筋作為接地引下線。設(shè)計(jì)允許的留有接地孔螺栓的水泥桿非預(yù)應(yīng)力配筋，可作為接地引下線。
雷雨季節(jié)前，每基桿塔接地裝置的工頻接地電阻值，應(yīng)使用ZC—8型接地測(cè)量?jī)x測(cè)試桿塔基礎(chǔ)土壤電阻率ρ后再?zèng)Q定R值：ρ=2πσR(Ω·m) (3)
式中：R——測(cè)試儀讀數(shù)，Ω；
σ——四根金屬探測(cè)棒等距離，m;
桿塔工頻接地電阻值不超過(guò)表值：
表1 桿塔接地電阻值
|
工頻電阻率(歐·m) |
100以下 |
100-500 |
500-1000 |
1000-2000 |
|
工頻接地電阻(歐) |
10 |
10 |
10 |
10 |
2.2提高線路絕緣水平采用不平衡絕緣方式
35kV系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，線路受雷擊引起大氣過(guò)電壓，多數(shù)引起單相閃烙接地，而不會(huì)引起開關(guān)跳閘，只有引起兩相絕緣子閃烙后，形成弧光接地短路，才能引起線路開關(guān)跳閘。因此只要加強(qiáng)線路絕緣水平，就不會(huì)引起開關(guān)跳閘，因此最好選用免維護(hù)的35kV硅膠絕緣子串。
在無(wú)避雷線地段，其桿型為上字型三角排列的直線桿塔，中相安裝三片XP-7型懸式絕緣子，而兩邊相安裝4片XP-7型絕緣子，造成絕緣差異。當(dāng)線路受雷擊過(guò)電壓時(shí)，中相絕緣較低，先閃烙放電接地，閃烙后的中相導(dǎo)線相當(dāng)于一條接地線，增加另外兩邊線的耦合作用，使之邊相不再發(fā)生絕緣閃烙，就不會(huì)引起弧光短路使線路開關(guān)跳閘。
2.3 桿塔上安裝少一長(zhǎng)針金屬消雷器
在山腳下，河邊無(wú)避雷線的桿塔，因土壤電阻率較高，最容易受直擊雷。在桿塔頂部安裝少—長(zhǎng)針金屬消雷器可以使桿塔免受直擊雷的危害。對(duì)直線單桿安裝一付，雙桿安裝兩付，并用GJ-35鋼絞線可靠接地，接地電阻值不超過(guò)表1值。少一長(zhǎng)針消雷器：長(zhǎng)針用φ14×2000（mm）圓鋼五根，針尖錐度越尖越好，均勻水平排列焊接在250×5×3000（mm）角鋼上，用Φ18U型抱箍固定在桿頂上。
近幾年，在易受雷擊的桿塔上，中相安裝35kV氧化鋅避雷器，也能起到防雷作用。
2.4 35kV線路采用自動(dòng)重合閘裝置
前幾種防雷保護(hù)，只對(duì)較小雷電流有效，對(duì)特大雷電流還是無(wú)能為力的，為此35kV線路采用自動(dòng)重合閘作為補(bǔ)救措施。當(dāng)線路受到雷擊引起相間短路，保護(hù)動(dòng)作使開關(guān)跳閘，經(jīng)一段時(shí)限，自動(dòng)重合閘使開關(guān)重新合閘。如果故障消除，線路可恢復(fù)供電，否則由保護(hù)再次使開關(guān)跳閘。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，線路受雷擊在電弧熄滅后，其電氣強(qiáng)度一般都能很快恢復(fù)，因此采用自動(dòng)重合閘時(shí)，有60~75%的雷擊跳閘事故都能重合成功恢復(fù)供電，這對(duì)保證安全供電起很大作用。
3 搞好線路的施工工作
搞好新建線路的緊放線工作，是保證導(dǎo)、地線弧垂相配合的關(guān)鍵。在連續(xù)檔距架設(shè)導(dǎo)、地線工作，其弧垂大小要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫t，查看本工程設(shè)計(jì)的導(dǎo)、地線弧垂安裝曲線，不能采用氣象區(qū)不同、安全系數(shù)不同的其它工程的導(dǎo)、地線弧垂安裝曲線。要選擇適當(dāng)弧垂測(cè)檔距LC。若觀測(cè)檔距LC與本耐張段的代表檔距LD不等時(shí)，則應(yīng)根據(jù)代表檔距查出安裝曲線的弧垂值，然后折算到觀測(cè)檔距，折算公式為：
fC=fD（LC/LD）2 （m） （4）
式中：fC——觀測(cè)檔距實(shí)際應(yīng)取的弧垂，（m）；
fD——用耐張段的代表檔距LD從弧垂曲線查得弧垂，（m）;
Lc——觀測(cè)檔檔距，（m）;
LD——觀測(cè)檔在耐張段的代表檔距，（m）
連續(xù)檔緊線，導(dǎo)、地線的弧垂還要考慮初伸長(zhǎng)的的影響，可用降溫補(bǔ)償法，對(duì)鋼芯鋁導(dǎo)線降溫△t-15℃;對(duì)鋼絞線降溫△t=10℃。降溫后溫度t’=t-△t,去查弧垂曲線，所查出的弧垂即為降溫補(bǔ)償之后代表檔距的弧垂fD。對(duì)于弧立檔導(dǎo)、地線緊線時(shí)，不考慮初伸長(zhǎng)影響。
溫度對(duì)導(dǎo)、地線的弧垂影響很大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫應(yīng)將溫度計(jì)放置在與導(dǎo)、地線接近的地方。過(guò)去溫度計(jì)放置在通風(fēng)陰暗處，所測(cè)溫度與導(dǎo)、地線直曬溫度偏低，影響了弧垂。
對(duì)于只更換導(dǎo)線截面不更換避雷線的線路改造工程，避雷線的弧垂應(yīng)根據(jù)新導(dǎo)線在大氣過(guò)電壓條件下的應(yīng)力，弧垂重新進(jìn)行計(jì)算，按新計(jì)算的弧垂重新調(diào)整避雷線的弧垂。
新線路完工后，要對(duì)每個(gè)耐張段的導(dǎo)、地線弧垂值進(jìn)行驗(yàn)收，按弧垂曲線標(biāo)準(zhǔn)，其誤差值不允許超過(guò)規(guī)定值，否則垂新調(diào)整弧垂。
4 搞好線路的維護(hù)工作
新線路投入運(yùn)行后，由于桿塔接線的松動(dòng)，基礎(chǔ)下沉等原因，都會(huì)使桿塔發(fā)生傾斜，使導(dǎo)、地線的弧垂發(fā)生變化，因此應(yīng)定期對(duì)導(dǎo)、地線的弧垂進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)超過(guò)誤差標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。
由于天氣干旱，使桿塔基礎(chǔ)土壤電阻率增加，因此每年在春季干旱季節(jié)，應(yīng)對(duì)每基桿塔（不連避雷線）的工頻接地電阻進(jìn)行測(cè)試，其值不超過(guò)表1規(guī)定值，超過(guò)時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)接地裝置的接地圓鋼，或打接地角鋼，使接地電阻值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
運(yùn)行線路上瓷質(zhì)絕緣子，因長(zhǎng)期處在交變的電場(chǎng)中，絕緣性能會(huì)逐漸下降，在受到雷擊大氣過(guò)電壓或操作過(guò)電壓時(shí)就會(huì)發(fā)生閃烙、擊穿、絕緣可能降為零值。因此，應(yīng)定期進(jìn)行巡視檢查，每年應(yīng)進(jìn)行一次仃電登桿檢查，清掃絕緣子片，發(fā)現(xiàn)有放電、擊穿的絕緣子應(yīng)進(jìn)行更換。對(duì)運(yùn)行多年的絕緣子應(yīng)在仃電的情況下，用不低于5000V的兆歐表進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)絕緣子的絕緣電阻小于500MΩ時(shí)，即認(rèn)為絕緣子不合格，應(yīng)進(jìn)行更換。搖測(cè)方法：線路先分段，再分串、分片進(jìn)行，測(cè)出不合格的絕緣子片。
5 結(jié)束語(yǔ)
我局有35kV線路13條210公里，在農(nóng)網(wǎng)改造期間，我們按上述防雷保護(hù)措施對(duì)35kV線路進(jìn)行技術(shù)改造，提高了線路質(zhì)量。農(nóng)網(wǎng)改造后，加強(qiáng)了對(duì)35kV線路的運(yùn)行管理工作，經(jīng)幾年雷雨季節(jié)，從未因大氣過(guò)電壓發(fā)生過(guò)跳閘事故，供電的可靠性達(dá)到100%，已收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
