35kV架空输电线路防雷整改

2019-12-02赵兵

科技创新与应用 2019年32期

赵兵

摘要：输电线路雷害事故引起的跳闸，不但影响电力系统的正常供電，增加输电线路及开关设备的维修工作量，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。文章介绍了本35kV输电线路雷害的原因、途径，提出了防范的措施、设计及整改，为此类输电线路提供借鉴。

关键词：直击雷过电压;耐雷水平;雷击跳闸率;雷电参数;防雷措施

中图分类号：TM862 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）32-0135-02

Abstract： The tripping caused by the lightning accident of the transmission line not only affects the normal power supply of the power system， but also increases the maintenance workload of the transmission line and switchgear. The lightning protection of the transmission line is the key to reduce the lightning accident of the power system and the power loss caused by it. This paper introduces the causes and ways of lightning damage of this 35kV transmission line， and puts forward the preventive measures， design and rectification， so as to provide reference for this kind of transmission line.

Keywords： direct lightning overvoltage; lightning resistance level; lightning trip rate; lightning parameters; lightning protection measures

1 线路概况

某35kV输电线路，为某水电厂的重要备用电源，特别是在枯水季节，该线路负担着水电厂的厂内部分负荷及黑启动要求。线路全长约20Km，60基杆塔，线路所处的区域，每年平均雷暴天为68.1天，属于强雷区。线路杆塔大部分为铁塔，塔基基本都建在山顶或半山腰处，海拔高度绝大多数在1100米以上。线路导线型号为JL/G1A-95/20，2条避雷线为镀锌钢绞线，保护角为15°～25°。整条线路地形较为复杂，土质石多土少，表层多为强风化石土，土壤电阻率较高，经检测，土壤电阻率超过200Ω·m，有部分杆塔达到1000Ω·m以上，加上该地区山区为金属矿富矿区，使得线路雷害较为严重，年平均因雷击造成的跳闸事故多达7～8次，给线路的安全可靠的运行带来严重影响。加强及改进该输电线路的防雷措施，成为了一项重要的工作。

2 35kV输电线路雷击事故的几个主要雷电参数

线路的防雷整改，应该先从几个主要的雷电参数进行核实和计算。

2.1 雷电流幅值概率

通过气象资料查明，该线路地区平均雷暴日数为68.1天，属于多雷区，根据我国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》附录C1雷电流幅值的概率推荐的公式，雷电流幅值超过I的概率可按下式求得：Da（lgP）=（-I/88）×68.1

式中：Da-100KA雷电流幅值一年的概率;I-雷电流，KA;68.1-线路所处地区年平均雷暴日数。

根据以上所式，可以求出该线路在I1、I2、I3等不同雷电流幅值概率：

I1=100kA时为5次/年，I2=40kA时为24次/年，I3=30kA时为31次/年。

2.2 击杆率

雷击线路杆塔顶次数与雷击线路总次数之比值叫做击杆率g。避雷线根数越多，g值越小。山丘g值比平原大。带有双避雷线来说，山丘0.25，平原0.17。该35kV输电线路杆塔基本都建在山丘顶上和半山腰，所以g值较大，容易遭受雷击。

2.3 绕击率

为防止雷电直击于导线，高压线路一般均加挂避雷线，但避雷线对导线的保护并非绝对有效，仍存在一定的雷电绕过避雷线直击导线的可能性。

关于绕击率可表示为：Pa=N2/N

N2-每年每单位长度线路的雷电绕击次数（次/100Kma 或次/100Km40雷暴日）。

平原和山丘绕击率也可以按照以下计算式进行：

该35kV线路设计保护角为15°～25°，满足平原地区，不满足规程要求的山丘地区20°～30°范围。同时该线路处于高山上和多雷暴日区域，应当将保护角再增大为 28°～38°。从保护角看，该线路受绕击的概率增加，势必增加了线路跳闸的概率。

2.4 雷击塔顶时的耐雷水平

有避雷线的35kV线路的耐雷水平为20-30（kA），经抽查，该线路7号杆32Ω、13号杆30Ω、15号杆30Ω、19号杆21Ω、26号杆21Ω、31号杆31Ω、32号杆21Ω、35号杆21Ω，拿13号杆接地电阻30Ω、44号杆22Ω、58号杆18Ω，计算耐雷水平I算式：I=U50%/（1-K）[β（Rch+Lgt/2.6）+hd/2.6]

U50%-冲击放电电压（规程推荐取700kV），K-避雷线与导线间的耦合系数（取0.238），hd-导线平均高度（取18米），β-杆塔分流系数（取0.82），Lgt-杆塔电感（杆塔总高度22.2m×0.5/μH=11.1μH），Rch-杆塔冲击接地电阻Ω。

根据以上公式，计算35kV线路13号、44号、58号等桿塔的耐雷水平（冲击接地电阻系数取0.8），见表1。

根据相关规程规定，35kV带避雷线线路耐雷水平为20-33（kA），可见该线路耐雷水平有多杆没有满足要求，这里还是只取18米高度，该线路有多杆达到30米以上的高度。

2.5 输电线路的雷击跳闸率

线路的总跳闸率n为雷击杆塔跳闸率与绕击跳闸率之和，即：n=N（gp1+PaP2）η

N为100Km线路每年（40个雷电日）雷击的次数，算式为0.28（b+4h）次/（100Km·年）。g击杆率，Pa为绕击率，P1为雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水平的概率（可查询），P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率（可查询）。

该35kV线路双避雷线的线路其雷击跳闸率为不大于1.5次/100Km40雷暴日，据统计该35kV输电线路每年跳闸7～8次，线路长度20Km左右，其雷击跳闸率为7×（100/20）=14次/100Km·40雷暴日，大大的超过了设计及规程要求。

3 线路防雷整改具体措施

根据以上分析，提高该线路的防雷性能，降低线路的雷击跳闸率为主要手段，综合地形和经济性等因素，采用以下几种措施：

3.1 降低杆塔接地电阻（最主要措施）

本线路应将每根杆塔的接地电阻降到10Ω以下（含10Ω），具体做法为：（1）垂直深井地极的材料采用镀铜钢棒地极，直径Ф14.2mm，每根长 1.22m，中间用专用连接器将多根接地棒连接起来，得到所需要的长度。镀铜钢棒地极因其强度高，所以特别适合深钻，很容易打入地下，无需机械钻孔开挖，施工方便。深井地极施工方法：在距离杆塔1米左右选好点后开挖深0.6～0.8米、宽0.4米的坑。将第一根带有钻头的镀铜钢棒从坑中间打入地下，当地极棒上端离坑底0.1米时，用专用连接器接上第二根镀铜钢棒。然后继续往下打，以此类推，打到所需要的长度或地极棒钻头碰到大石头或岩石层即可停止。每组深井地极之间的距离应大于5米。在施工过程中，当镀铜钢棒碰到大石头或岩石层无法再打下去，深井地极长度不够要求时，根据具体情况，可增加深井地极组数量，直到接地电阻值达到要求为止。（2）对于部分地基电阻率过高的杆塔，采用地网引出，在其附近电阻率较低区域建立地网，以水平地极为主垂直地极为辅的延伸地极方式。

3.2 安装复合外套金属氧化物线路避雷器

装设线路避雷器防雷要达到技术经济性，具体要求如下：（1）对特殊的杆塔（如坡顶、跨度较大杆塔及遭受过雷击或易遭受雷击的杆塔）安装一组（三相）线路避雷器。（2）孤立杆塔安装一组（三相）线路避雷器。（3）接地电阻很大的杆塔安装一组（三相）线路避雷器。

3.3 增加杆头绝缘

对大跨越、谷口两侧、悬崖边及易受雷击的杆塔增加1～2片绝缘子，提高耐雷水平。

3.4 加装侧向避雷针

在超过30米高度、大跨越、谷口两侧、悬崖边及易受雷电绕击的杆塔上安装侧向避雷针，以防护进入杆塔侧面避雷线屏蔽失效区的低空雷电先导，补充避雷线屏蔽的不足。

4 整改效果

该线路于2016年按照以上措施完成整改，各杆塔电阻工频接地电阻均低于10Ω以下（含10Ω），原接地电阻较大的13号杆，按新的接地电阻计算，耐雷水平如表2：

整改同时加装了避雷器和侧向避雷针，对其中三个大跨越铁塔增加了杆头绝缘，经过2017年、2018年、2019年上半年的运行情况来看，两年半时间一共只跳闸三次，取得了较好的效果。

5 结束语

输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电力损失的关键。做好输电线路的防雷设计和施工，不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性，而且可以使变电所、发电厂安全运行得到保障。

参考文献：