35 kV输电线路差异化防雷治理措施的研究与应用

2015-12-10宰红斌

山西电力 2015年3期

宰红斌

（国网山西省电力公司晋城供电公司，山西晋城 048000）

0 引言

目前，35 kV输电线路大多为小接地系统，其特点是单相瞬时接地不会引起线路跳闸，因此，风偏、鸟害、污秽等因素基本不会引起线路跳闸。运行数据表明雷电击穿线路绝缘引起单相永久接地和造成线路相间故障跳闸，占线路跳闸总数的80%左右；由此可知降低线路雷击跳闸率，即可大幅度提高35 kV输电线路的可用系数。

1 雷击跳闸原因

由运行数据可知，输电线路雷击跳闸高的主要原因是瓷绝缘子存在低值、零值，绝缘配置达不到设计要求；杆塔接地装置连接不可靠、接地电阻不符合规程要求，达不到泄流要求；防雷措施单一、针对性防雷措施应用少和运行维护不到位等。

1.1 瓷绝缘子存在低值和零值现象

现场调查表明瓷绝缘子由于运行时间长（20 a及以上），单相接地或雷击闪络后未及时更换的情况占低值、零值绝缘子总数的75%。这些线路由于运行时间长、绝缘子劣化老化严重，没有及时更新，造成线路耐雷水平达不到设计要求，雷雨天气极易引起线路跳闸。

1.2 杆塔地网存在的问题

通过逐基测量杆塔接地电阻，按照一定比例（运行20 a以上的线路不少于15%、运行10～20 a的线路不少于10%、运行10 a以下的线路不少于5%）数量开挖检查杆塔接地网，发现杆塔接地网不合格的主要原因有杆塔接地电阻超标（大于30Ω）、杆塔无接地装置、杆塔只有接地引下线无接地极、接地极埋深不足、接地引下线连接不可靠、接地引下线和接地圆钢直径不合格、接地网腐蚀锈蚀严重，具体情况见表1。

表1 杆塔接地网存在问题统计表

1.3 运行维护方面存在的问题

主要有防雷测试工作未按要求进行，通道树木清理不彻底，雷雨天气容易引起单相永久接地和相间故障，低值、零值绝缘子未及时更换等。

2 防雷治理措施

针对上述问题，通过调查运行资料，诊断现场地形、通道环境、绝缘配置、连接装置（测试接地电阻和用钳形电流表进行导通测试）等，制定了详细的差异化防雷改造措施。

2.1 改造原则

防雷改造以降低接地电阻为主要措施，只有接地电阻符合要求，才能使各项防雷措施落到实处。改造后接地电阻应符合GB50061 66 kV及以下架空电力线路设计规范要求，即平原地区杆塔接地电阻应小于7Ω，山区线路杆塔接地电阻应小于15Ω，丘陵地区执行山区标准。在满足上述要求的前提下接地电阻越小越好。

改造后应确保设备功能满足设计要求，即线路无低值或零值绝缘子，防雷接地装置连接可靠，接地电阻符合要求，空气间隙、交叉跨越和通道环境等满足运行要求。

差异化防雷改造措施按照试点先行，取得经验后逐步推广的原则进行。

2.2 差异化绝缘治理措施

2.2.1 杆塔地形位置介绍

根据杆塔所处的位置不同，分为平地、山坡顶、山坡外侧、山坡内侧。

2.2.2 导线三角形排列（上字型）改造方案

山坡顶中线保持原绝缘配置不变，左边线（向阳侧）在原绝缘配置上增加2片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子（配置至5片，下同）、右边线按4片配置；山坡上中线绝缘配置保持不变，山坡外侧在原绝缘配置上增加2片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子；山坡内侧在原绝缘配置上增加1片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子。

平地按中线5片、左边线4片（向阳侧）、右边线3片配置。

复合绝缘子按照上述原则保持一相为复合绝缘子不变、另外两相分别按增加1片和2片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子配置。

2.2.3 导线水平排列

山坡顶中线保持原绝缘配置不变，左边线（向阳侧）按5片配置、右边线按4片配置；山坡上中线保持原绝缘配置不变，山坡外侧在原绝缘配置上增加2片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子；山坡内侧在原绝缘配置上增加1片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子。

平地左边线4片、中线3片、右边线4片配置。

复合绝缘子按照上述原则保持一相为复合绝缘子不变、另外两相分别按增加1片和2片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子配置。

2.2.4 导线垂直排列

山坡顶、山坡上按上线3片、中线4片、下线5片配置。

平地按中线5片、上线3片（向阳侧）、下线4片配置。

复合绝缘子按照上述原则保持一相为复合绝缘子不变、另外两相分别按增加1片和2片结构高度为146 mm的玻璃绝缘子配置。

2.2.5 耐张杆塔

耐张杆塔绝缘配置为瓷绝缘子的全部更换为玻璃绝缘子，按照上述原则进行差绝缘改造，绝缘子片数增加后，导线长度应按等长法进行调整，同时保证一相引流串为低绝缘配置，即3片。

3 地网改造措施

接地引下线材料采用Q235直径不小于12 mm的圆钢，接地极采用Q235直径不小于10 mm的圆钢，接地引下线应热镀锌防腐。

接地槽开挖要求：对于山区开挖深度用字母h表示，h≥0.5 m，对于耕地开挖深度h≥0.8 m，宽度用字母a表示，a≥0.4 m；开挖长度b以满足放射线长度为准。

3.1 地网改造要求

3.1.1 砼单杆改造要求

砼单杆地网改造应在杆根接地螺栓连接位置H≥1.5 m外开挖接地槽，然后分别延伸开挖放射极接地槽 L1、L2。

3.1.2 砼双杆改造要求

砼双杆地网改造应在杆根接地螺栓连接位置H≥0.5 m外开挖接地槽，然后分别延伸开挖放射极接地槽 L1、L2。

3.1.3 铁塔改造要求

铁塔地网改造应在基础位置H≥1.5 m外开挖环网接地槽，然后分别延伸开挖放射极接地槽L1、L2、L3、L4。

3.1.4 不同土壤电阻率参考值

地网改造前，应现场测量土壤电阻率，根据不同的土壤电阻率确定地网改造方案，当现场无法测量土壤电阻率时，可参照表2所列土壤电阻率。改造地区土壤电阻率＞300Ω·m时，应更换为低土壤电阻率的土壤[1]。

表2 不同土壤电阻率参考值

3.1.5 不同地形与土壤地网改造要求

地网改造应根据不同的地形与土壤分别对待，具体按表3的要求执行。

表3中所列数值为最小限值，当按上述要求改造后不符合要求时，应延长放射线长度或增加放射线数量；两根放射线之间的平行距离不得小于5 m。

3.1.7 放射形接地极改造要求

改造时放射形接地极（圆钢）应铺设在接地槽的中央位置；山区采用换土改造时应先在接地槽底部铺设100 mm厚土层（低土壤电阻率的土），然后将接地圆钢铺设在中央位置，分层回填、每回填100 mm夯实一次，为防止水土流失，回填距地面100 mm处应以石子与土按3∶1掺合后回填夯实。

3.2 接地引下线改造方案

接地体又叫接地极，是指埋入地中并直接与土壤接触的金属导体，用以向大地泄放电流。接地引下线是用以连接避雷线和接地体的导线，用于传导避雷线上的雷电流，通过接地体流入大地，除必须断开处以螺栓连接外，其余均需焊接[2]。

线路防雷接地的主要目的是为了在线路遭雷击时，将强大的雷电流安全导入地中，减少雷电流流过时引起的电位升高，提高线路供电的安全可靠性。所以，接地系统必须连接牢靠，才能保证雷电流的正常畅通，降低线路的雷击掉闸率。

表3 接地网改造具体要求

由于铁塔自身优点，接地装置只要焊接与螺栓连接部位牢固即可满足要求。砼杆由于中间节点多、且钢筋处于混凝土包裹内，很难从外观检查其连接可靠性，为确保砼杆接地装置可靠连接，应采用以下方式进行改造。

3.1.6 砼杆接地装置改造方案

a)改造前应做导通试验，不满足要求的从砼杆顶部或焊口处引下接地线，材料选用Q235直径不小于12 mm的热镀锌圆钢；单、双砼杆接地引下线应从杆顶侧面（面向线路前进方向左右两侧）引下至原接地引下线连接位置；为便于测量，其与接地引下线的连接仍采用螺栓连接。

b)接地引下线从杆顶引下时，中间必须与横担可靠连接，应每隔3 m用扎带固定一次。

c)当线路有避雷线时，接地引下线应用钢绞线通过并沟线夹与避雷线可靠连接。

d)砼杆接地引下线连接螺栓将原来的内连接方式改为机械加固外连接方式[2]，确保接地装置连接可靠。

3.3 安装避雷器方案

a)多雷区线路安装避雷器应按照轮流换相的原则进行，即1号塔安装左边线、2号塔安装中线、3号塔安装右边线，以此类推。

b)耐张杆塔安装避雷器按照单相安装的原则进行，并根据杆塔所处地形合理选择安装相，平地、山坡顶安装在向阳侧，山坡侧安装在山坡外侧。

c)当杆塔绝缘配置已实施差异化改造后，避雷器应安装在低绝缘配置的相上。

4 改造前后耐雷水平效果对比

按照试点先行的原则，选择了2条历年雷击跳闸次数较多的35 kV JM线和YD线逐基进行现场排查，制定了具体的改造措施并实施，于2014年6月5日完成了全部改造任务，运行至今，未发生雷击跳闸，治理效果明显。

4.1 改造前

35 kV JM线全长17.8 km，共65基杆塔，其中混凝土电杆30基，铁塔35基，全线直线绝缘配置为3片XWP-70型、耐张为2×4片XWP-70型，普测全线接地电阻大于30Ω达61%，部分杆塔接地电阻无穷大。该线路30号—60号处于高山大岭与林区，塔位全部处于岩石和孤立山头上，部分塔位需工作人员四肢并用才能到达，大部分杆塔无地网或将地网铺设在塔基中间与基础之下，根本无法满足防雷要求，以至于每年都发生多次雷击跳闸。

35 kV YD线全长11.2 km，共40基杆塔，其中混凝土电杆34基，铁塔6基；全线直线绝缘配置为3片FC-70型和3片XWP-70型、耐张为2×4片XWP-70型；普测全线接地电阻大于30Ω达43%，接地装置不合格达33%；全线处于一般山区，雷击跳闸频发。

改造前有避雷线的35 kV线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水一般为20～30 kA[3]。