35 kV 架空绝缘线路过电压保护实用技术研究

孙 蕾，周中凯

（枣庄矿业（集团）有限责任公司供电工程处，山东 枣庄 277000）

0 引 言

由于架空绝缘线路具有成本低、维修方便的优势，因此在电力输配电中的应用广泛。但在实际应用过程中，如果遇到恶劣天气，输配电运行易受到影响。例如，受到雷击、冰雪及其他外界因素影响，会造成一定安全隐患。因此，企业管理人员需要结合实际情况，针对性应用35 kV架空绝缘线路过电压保护实用技术，充分发挥技术应用优势，以提高过电压保护水平。

1 35 kV 架空绝缘线路过电压保护现状

供电电网结构中的35 kV供电线路分布较为广泛，但布设环境相对恶劣，大部分架空绝缘线在野外环境运行。供电线路运行过程中，线路安全性和可靠性易受地理环境和气候条件等影响。特别是遇到雷雨天气时，电网易出现运行安全隐患，如故障跳闸等。

1.1 冰雪影响

山东省枣庄市属于温带季风型大陆性气候区，境内温湿、干冷交替出现，特别是在冬季，多以寒冷干旱天气居多。基于该种环境，35 kV 架空绝缘线路易受到影响。遇到雨雪天气时，空气中原本的湿度含量会随之增长。线路外壳凝结大量水珠后，低温状态下的水珠逐渐转变为冰，覆盖在线路上导致给配电不稳定。通常线路受到冰冻灾害影响时，其电杆两侧张力呈现不均衡状态，线路极易出现断裂或倒杆现象[1]。

1.2 雷击影响

输配电过程中，相关工作人员发现35 kV 架空绝缘线容易受到雷雨天气影响。雷电击中线路导线后，会出现直击雷过电压现象。雷劈至避雷线后，产生的电流会还送至送电线，或击向其他线路和杆塔。该种现象发生后产生感应过电压，绝缘线随之产生电荷。无论雷击电伏或大或小，线路均会积攒一定量的电荷后开始对外传播，这种向外传播的现象被称为雷电波。一般情况下，雷电波传播速度极快，传播方向为水平方向，可沿着线路两端迅速扩散，促使输电线路绝缘子在此过程中发生变化，最终产生闪络现象[2]。35 kV架空绝缘线路可能会发生的事故类型包括跳闸、单相接地、绝缘子破裂以及线路断裂，事故严重时还会造成区域停电，影响煤矿和其他企业的正常运营。

1.3 外因影响

35 kV 架空绝缘线路运行期间，还存在着一些不可预测的外界因素。例如，周边树木生长高度与导线处于同一水平线时，如遇到燃烧事件，线路会直接跳闸。因此，保护35 kV 架空绝缘线路时，相关工作人员必须做好日常监测工作，消除环境中不可预测的外因影响，维护线路运行的平安性与稳定性，保证配给电作业正常运行。

2 35 kV 架空绝缘线路过电压保护措施

2.1 保护间隙

保护间隙指在线路发生事故时，该装置可发出信号，同时与危险区域产生一定安全间隙。在这种装置的保护下，可保证工作人员的生命安全。日常勘测现场情况时，所处环境具备不同程度的危险系数，因此在现场安装该系统既可降低安全风险，也可提高勘测水平[3]。保护间隙系统通常包含3个组件，即传感器、监测装置和控制器。相关工作人员进入危险区域后，保护间隙系统便会发出相应警报，严重时可限制人员进入该危险区域。尽管该设备具有成本低的优势，但是在维护线路过程中，易出现短路等故障。为避免装置故障引起的不良影响，工作人员可充分利用自动合闸装置和自动重合熔断装置，提高其供电安全性。自动重合熔断装置形状类型不一，可分为角形保护间隙设备、环形保护间隙设备、棒形保护间隙设备以及球形保护间隙设备。其中最为常见的为角形保护间隙设备，运行原理如图1 所示，1 处为角形电极，2 处为主间隙，3 处为支柱绝缘子，4 处为辅助间隙，5 处为电弧运动方向。注意加装的放电电压应低于作业间隙放电电压保护间隙。完成先期放电后，可有效保证工作人员的生命安全。保护间隙系统可有效限制线路过电压幅值，对绝缘子串放电的不安全性与不稳定性因素进行精准排除，以提高运行安全[4]。

图1 角形保护间隙设备的运行原理

2.2 氧化锌避雷器应用

电力系统运行过程中，正常范围内的电压偏差一般较小。若遇到雷击、冰雪等外界因素，电压数值会随之升高。数值升高后，因无法承受该电压，设备绝缘线路直接损坏。为避免该类情况发生，可以安装避雷器来释放多余电压，以保证设备正常运行。避雷器主要与保护设备并联，一旦出现高电压影响的情况，设备就会将高电压导入大地，对电压幅值进行有效限制，实现设备绝缘线路的保护。过电压消失后，避雷器会再次恢复正常运行状态，为线路给电提供可靠的运行环境。

避雷器型号不一，结合本次项目内容，选用氧化锌避雷器以加强该项目的供电安全性。这种类型的避雷器可以高效保护35 kV 架空绝缘线路，防止绝缘线路在运行中出现损坏现象。该避雷器属于先进防雷电器之一，内部结构包含多个ZnO 阀片，阀片非线性强，即使在高电压作用下，也可保证电阻的稳定性。由此可见，氧化锌避雷器装置具有良好应用性能。电网运行中，基于电压作用下的泄电流为50 ～150 μA。因此，采购避雷器时，根据市场供应和发展现状，选择成本适中的设备为宜。

2.3 线路过电压保护器应用

线路过电压保护器是一种常见的电气装置，该装置主要用来保护设备及其电路，利用该装置可以降低过电压和过电流对线路产生的影响。电源供电时，电流从电压保护器硬件流过[5]。如果在此过程中电流产生波动现象，或者出现电压压值增高的现象，其会快速反应并释放大量电流。消散过压能量后，电压会恢复稳定状态。其中，装置中包含的变压器和电容器等元件，可确保电压与电流数值在一定安全范围内。

装置工作原理如下：采集线路电路中的电压信号，结合预设电压保护值，比较与计算电压情况，确定其是否产生过电压问题。电路工作期间，保护器会实时监测电路电压信号。监测出现异常情况时，相关人员可根据监测数据制定应急措施，以免影响供电作业。通过检测与隔离过电压，强化设备运行力与使用性，以免设备损坏后产生安全问题。装置会自动判断电压最新运行情况，当线路两端电压数值小于启动数值时，内部电阻数值会接近无限大数值；装置内部无电流通过时，则会处于断路状态；当两端电压数值大于启动数值时，装置会快速启动，电阻也随之发生变化。转化后的高压可泄放线路多余能量，待电压数值降至1 000 V以内，即可保证后端电器进入可承受的高压状态，同时对电器产生保护。

3 防雷击效果统计与评价

3.1 防雷击效果统计

关于避雷器的防雷机理，其作用可分为两类：一为耦合作用；二为分流作用。借助避雷器的防雷影响力，可有效降低过电压和过电流数值。单根避雷器的保护范围如图2 所示，其中Rx为保护半径，hx为被保护线路的高度，ha为避雷器可达到的高度，h 为避雷器本身的高度。当避雷线的架设高度高于35 kV线路1.06 m 时，基本不会受到雷击影响。在站内安装避雷器时，相关工作人员应结合其构架埋设接地装置，完成集合接地装置安装。其中，装置与主接地网的连接点应大于15 m，在该范围内雷击发生时，高电压波过电压电值会明显衰减，从而实现防雷击效果。除此之外，相关人员应避免在变压器处安装避雷器，以免其绝缘过弱产生严重后果。统计防雷击效果时，相关人员可结合线路防雷水平数据，处理并分析最终效果。工作人员可采取3 种防雷措施，降低雷击影响。第一，对于一般高度的杆塔（基本低于40 m），可降低接地电阻保证耐雷水平；第二，加大耦合系数；第三，强化线路绝缘。

图2 单根避雷器的保护范围

3.2 防雷击效果评价

35 kV 架空线路的整体绝缘水平处于较低状态，受地貌与气候影响时，易出现故障。例如，雷击发生时，出现跳闸现象。除了安装避雷器，相关工作人员还应在不同运行情况下对架空线路雷击风险进行准确评价与评估，保证防雷改造所选用的防雷措施为最佳选项。相关人员应针对枣庄市地形外貌和气候条件，建立科学合理的雷击风险评估模型，综合评估现场的雷击风险程度。结合枣庄当地的地形条件，对架空线路的防雷薄弱点进行统计和分析，之后提出合理的防雷改造方案，以保证枣庄市给配电稳定，维护煤矿以及其他企业用电安全。位于山区的架空线路，则可根据其地理位置制定不同的防雷方案。例如，线路位于山脊时暴露面积更大，引雷宽度也会随之拓宽。在该种情况下，雷击引起线路跳闸的事件会频频发生。因此，相关人员应对直击雷进行重点防控，以加装避雷器为宜。安装避雷器后，其不同反应值会产生变化，具体情况如下：绕击水平为44.0 kA；反击水平为57.7 kA；耐雷水平为46.7 kA。受避雷器屏蔽作用影响，雷电直击线路概率明显下降，基本不会发生跳闸现象。防雷评估的检测内容如表1 所示。

表1 防雷评估的检测内容

4 结 论

35 kV 架空绝缘线路过电压保护实用技术对枣庄供电工程安全有着重要的影响意义，相关人员需要结合线路所在环境、当地气候等因素，做好技术防护措施，避免雷击、冰雪等现象发生时，线路绝缘出现损坏、跳闸等问题，无法满足煤矿及其他企业用电需求。基于此，企业应不断强化保护技术，以实现过电压保护目标，并促进相关企业的有序发展。