马坑矿业10 kV架空线路防雷技术研究与实践

唐 飞

（福建马坑矿业股份有限公司，福建 龙岩 364000）

1 工程概况

马坑矿业为国内大中型铁矿，探明储量为4.3×108t，年生产规模为5×106t/a。该矿井处于山区，地下赋存大量铁矿石，年均雷暴日Td/（d/a）＞94，落雷密度Ng/（次/km2·a）＞10，属于强雷电区。由于部分输电线路建设时间久远、线路材料老化、设计经验以及施工工艺存在问题，且对所属区域的雷电强度资料收集不够全面，因此导致线路防雷能力不足，未能起到应有的防雷效果，从而造成公司经常遭受雷击，影响正常供电，对矿井设备运行造成重大安全隐患。

为解决原有系统防雷存在的系列问题，结合马坑矿业现有线路架设的缺陷，全面梳理了整个10 kV供电线路，提出在原有10 kV架空线路上端架设专用的避雷线，并在杆塔处增设接地等设备，使得架空线路避雷成效显著。

2 马坑矿业供电架空线路现状与存在问题

马坑矿业地处山区，矿区范围广，在电力传输方面采用了架空线路和电缆线路相结合的方式。架空线路所过之处多为高山和旷野，存在杆塔基础点多、供电线路线长、面广以及地形复杂等特点。由于它暴露在自然之中，经常会受到外界的影响和损害，其中雷击影响占比较大，如何做好防雷工作是输电网络的重中之重。

目前，马坑矿业共有架空线路13条，其中1条110 kV线路（同塔双回），2条35 kV线路，10条10 kV线路，线路总长42.1 km，杆塔174基座。

马坑矿业在35 kV和110 kV架空线路建设中，设计较为规范，均有按设计建设避雷线路并装设避雷装置，因此整体运行受雷电影响不大。但在10 kV架空线路中由于建设时间久远、线路材料老化、设计经验及施工工艺存在问题，对所属区域的雷电强度了解不够透彻，因此存在线路防雷能力不足问题，不能起到相应的防雷效果，经常因雷电造成全公司范围内停电。经统计，在2019年度中，马坑矿业因雷电造成架空线路抛线断裂3次，避雷器炸坏7次，B相导线断裂1次，瓷瓶裂开2次，因供电中断对井下排水和通风等也造成了重大安全隐患。

3 马坑矿业10 kV架空线路改造方案

3.1 供电线路优化整合

结合马坑矿业公司生产及后期技改发展需求，优化整合现有的所有供配电架空线路，停用或拆除部分老旧线路，减少受雷电影响范围。其中，老马井线因架设时间较久，故障率较高且线路负荷利用率较低，多为外单位转供电使用，存在较大安全隐患，可以通过转换现有线路负荷的方式，解决该供电线路供电功能后拆除。10 kV副西Ⅰ、Ⅱ线2#进风井支线及10 kV副东Ⅰ、Ⅱ线线路在主要供电服务范围内均完成供电使命，已无供电功能，可以退出服务，予以拆除。10 kV副西Ⅰ、Ⅱ线1#进风井支线该线路主要负责1#进风井供电，待该处2#副井地面变电所建设完成之后，1#进风井用电将由2#副井供出，此段线路可退出服务，予以拆除。拆除及整合统计情况见表1。

3.2 10 kV架空线路改造

10 kV副西Ⅰ线和10 kV副西Ⅱ线是目前马坑矿业10 kV架空线路主供电线路，总共线路长度约为10.4 km，承担井下生产、通风以及排水等约3 600 kW用电负荷。因该线路架设位置全部在山顶，位置较高且地处雷电高发区，因此极易造成供电线路被雷击，对生产和安全造成极大影响。

该段架空线路在原建设中采用了绝缘架空线，但未设置避雷线，且部分接地极接地电阻经检测＞10 Ω，不能满足规定需求[1]。受雷击后经常发生抛线断裂、避雷器炸裂以及瓷瓶开裂等供电故障。

输电线路防雷基本措施有架设避雷线、增加避雷线与导线间距、加强线路绝缘、装设耦合地线、安装避雷针以及降低线路接地电阻等。根据马坑矿业地理位置及线路架设情况，经过综合研判，本方案最终采用增设避雷线、重做接地系统、加强线路绝缘以及更换避雷器等方式综合治理，充分解决防止雷电直击供电线路、线路受雷后绝缘发生闪络及之后产生的拉弧造成供电中断等故障。

3.2.1 架设避雷线

充分借鉴110 kV全线路架设避雷线取得的防雷效果，在本线路技术改造中予以同样架设专用避雷线路。利用原线路杆基的基础上对该段架设增设避雷线，即在各原10 m杆（单杆、门杆）后正中方向新增一根15 m单杆作为避雷线杆，避雷线采用GJ-35型接地线。避雷线除了可以防止雷击导线外，还具有分流作用，可以减小流经杆塔入地的雷电流，从而降低塔顶电位，同时避雷线对导线的耦合及屏蔽作用还可降低导线及绝缘子上的感应过电压。在避雷线路建设过程中，要充分考虑到避雷线和导线的距离，如果避雷线距导线距离较小，则雷电绕过避雷线直击导线的几率大大增加，通常避雷线对架空线路角度应＜25°。副西I线、副西II线避雷线架设示意如图1所示，双门杆加避雷地线杆示意如图2所示。

图1 副西I线、副西II线避雷线架设示意图

图2 双门杆加避雷地线杆示意图（单位：mm）

3.2.2 规范接地，有效降低杆基接地阻值

为有效解决雷电对杆塔顶部避雷线及绝缘子放电造成的雷电反击，可通过减小杆塔阻抗和接地装置阻抗，使架空线路和避雷线路受雷击后不发生闪络，从而提高输电线路的抗雷击水平。在降低接地电阻阻值方面，增加接地极的埋深和数量，使接地装置的连接可靠，并在连接前清除连接部位的铁锈及其附着物。接地装置的焊接焊接方式为扁钢与扁钢搭接采用四面焊接，其搭接长度应超出扁钢宽度的2倍，扁钢与角钢及钢管焊接，应使扁钢紧贴角钢外侧两面或紧贴3/4钢管表面，上下两侧施焊，圆钢与圆钢连接采用双面焊接，连接长度应超过圆钢直径的6倍，圆钢与扁钢连接采用双面焊接，连接长度应超出圆钢直径的6倍。此外，当土壤电阻率不能满足要求时，适当采用降阻剂或换土等措施，最终使接地电阻＜10 Ω，满足规程要求，最好达到2 Ω以下。杆塔接地布置方式图如图3所示。

图3 杆塔接地布置方式图（单位：mm）

3.2.3 改变引流线连接方式，增加泄流能力

通过改变以往接地线与杆塔挂线的点接触方式，通过采用全线路接地引流线有效连接杆塔两侧的架空线，来解决原接地线挂线采用螺栓连接造成的连接不充分和造成的雷电流泄漏间隙问题，从而改善架空地线与接地引下线的连接效果，充分提高泄流能力，提高架空线路的抗雷电水平。

3.2.4 加强线路绝缘

增强线路绝缘水平可以有效解决雷电带来的影响，如采用大爬距绝缘子、增加绝缘子数量以及增加空气间距等措施，同时采用新材料新工艺，如玻璃绝缘子和防污绝缘子等，都可以提高输电线路的绝缘水平和耐雷水平。其中，玻璃绝缘子具有机械性能好、抗污闪性能好、耐点腐蚀性优异、抗老化性好、结构稳定性好、线路运行效率高、重量轻以及维护少等优点，可以在保证线路绝缘水平的同时解决维修难的问题，广泛应用在供配电架空线路中[2]。

3.2.5 采用新型跌落式避雷器

为满足线路防雷等级要求，在架空线路较高的杆基位置装设避雷器。采用HY5WS-17/50-DL-TB型跌落式避雷器取代原固定式避雷器，可以解决避雷器在受雷击损坏后抛线搭在金属器具上造成失地现象，同时更换避雷器无需停电，可直接带电更换，且更换避雷器时无需爬杆。

4 结 论

马坑矿业10 kV架空线路在装设专用避雷设施后，经雨季运行至今已由2019年度的10多次因雷电造成的停电减少到2020年度的0次，有效解决了马坑矿业10 kV架空线路防雷问题。在高雷暴地区的架空线路防雷解决方案中，可以综合考虑线路的电压等级、线路建设防雷水平、改造施工难易程度、气象影响条件以及线路走廊综合状况等各方面因素，进行综合考虑，采取相应的一种或多种措施进行解决，最终达到供电线路防雷目的。