10 kV架空线路雷击断线的实用解决方案

2021-08-13陈志文蒋大伟

农村电气化 2021年8期

陈志文，蒋大伟

(1.恒皓联能源建设有限公司江苏分公司，江苏南京 210000；2.淮安新业电力建设有限公司楚明分公司，江苏淮安 223000)

10 kV架空线路雷击事故中，雷击断线事故是最为严重的事故之一。本文防雷方案采用以避雷线为主保护，防雷绝缘子或线路过电压保护器为后备保护。通过架空地线、防雷绝缘子或线路过电压保护器将直击地线或绕击、反击导线的雷电流就地引入大地，减少雷电流影响范围及雷电过电压范围，以解决线路防雷问题。

1 接地材料设计方案

接地方案示意图，如图1所示。

图1 接地方案示意图

根据GB 50061—2010《66 kV及以下架空电力线路设计规范》杆塔的最大工频接地电阻为10Ω。

根据GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》《工业与民用供配电设计手册》（第四版），在土壤电阻率为100Ωm时，水平接地铁-40×5×5000，垂直接地铁L 50×5×2500（2根），工频接地电阻约为10.5Ω。

考虑到淮安地区土地潮湿，多以粘土、田园土为主，根据GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》土壤电阻率仅为50～60Ωm，工频接地电阻据公式推算约为5.48Ω，可满足要求。根据镀锌接地铁年平均最大腐蚀速率，本接地极保证30年以内厚度不低于3 mm。若按一般典型设计水平接地铁采用-40×4×5000，则可保证15年以内厚度不低于3mm。根据公式腐蚀速率对接地电阻影响可不计。

2 杆上防雷材料设计方案

杆上防雷设计方案示意图，如图2、图3所示。

图2 单回路杆上防雷材料设计方案示意图

图3 双回路杆上防雷材料设计方案示意图

2.1 电气参数计算

根据GB 50061—2010《66 kV及以下架空电力线路设计规范》，杆塔上地线对边导线的保护角宜采用20°～30°。

导线与地线在档距中央的距离不满足S≥0.012L+1的要求，但由于10 kV线路杆塔低，60 m以下的导地线间距要达到1.72 m，且由此设计的杆顶防雷支架过重，人工安装不切实际无法做到。

因为淮安地区不是重冰区且10 kV线路档距小弧垂小，不存在严重的线路脱冰跳跃，且线路多已实现绝缘化改造，本文方案采用GB 50061—2010《66 kV及以下架空电力线路设计规范》中表6.0.9规定，取值＞0.45m，本文方案地线与上导线间最小间距约为1 m。海拔不须校正。考虑到铁附件受力问题，避雷线按《国家电网公司配电网工程典型设计10 kV架空线路分册》（2016版）采用35 mm2镀锌钢绞线。

2.2 铁附件结构参数计算（简算）

10 kV配电网铁附件一般采用Q 235钢制造。本方案断线工况为最危工况，水平风荷载产生的弯矩及剪力、偏心扭矩等数值不大。避雷线支架采用L 80×8角钢时最重部件约20 kg，采用L 100×10角钢时最重部件约28 kg，此重量已达人力安装极限。

根据材料力学公式及热轧等边角钢参数，采用L 80×8角钢时可承受最大弯矩M=2223Nm，采用L 100×10角钢时可承受最大弯矩M=4357Nm。

GJ-35钢绞线截面积为37.15mm2，外径为7.8mm，计算拉断力为45472 N，弹性系数为181423 N/mm2，线膨胀系数为11.5×10-6（1/℃）。

根据GB 50061—2010《66 kV及以下架空电力线路设计规范》直线杆地线断线张力取最大使用张力的20%，耐张杆地线断线张力取最大使用张力的70%。出于安全考虑，本方案验算时多考虑一个机械强度安全系数，取值1.5。

GJ-35钢绞线的安全系数各地区取值不一，一般会取值为7～12。

当采用L 80×8角钢时，断线时根据可承受最大弯矩推算GJ-35钢绞线的架线安全系数：直线杆≥8，直线耐张杆≥25。

当采用L 100×10角钢时，断线时根据可承受最大弯矩推算GJ-35钢绞线的架线安全系数：直线杆≥4，直线耐张杆≥13。

若90°转角杆处无法设置拉线（如图4所示）时，L 80×8角钢的钢绞线架线安全系数≥36，L 100×10角钢的钢绞线架线安全系数≥18。

图4 90°转角杆不设置拉线最恶劣工况示意图

为了保证安全可以适当放宽钢绞线架线安全系数，比如采用20，此时钢绞线弧垂仍然小于导线，故在无法设置拉线的情况下，将GJ-35钢绞线的架线安全系数改为20是合理的。

例如：当安全系数取20时，冰厚5 mm条件下。档距60 m、40℃时，GJ-35钢绞线的弧垂为1.22 m，JKLYJ-10/240（k=5）导线弧垂为1.619 m，JKLYJ-10/150（k=5）导线弧垂为1.964 m。外过等其他气象条件结果一样。但当安全系数≥36时钢绞线弧垂将大于导线，会恶化导地线在档距中央处的绝缘间隙及地线保护角。因此耐张杆不应采用L 80×8角钢做避雷线支架。

90°转角杆不设置拉线工况应当尽量避免，在此工况下架设避雷线时，应采用角钢抗弯截面系数大的受力方向，图4方案为角钢抗弯截面系数最小的受力方向，是最不可取方案。由此直线杆采用L 80×8角钢，耐张杆采用L 100×10角钢做避雷线支架是最佳方案。