導(dǎo)體消雷器在輸電線路邊坡防雷上的應(yīng)用

董澤才

銅陵供電公司，安徽銅陵，244000

1 概 述

當(dāng)前輸電線路防雷設(shè)計(jì)的主要依據(jù)為《110～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5092-1999)第9條，主要考慮桿塔保護(hù)角、絕緣配合、接地電阻等因素[1]。在輸電線路實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，許多桿塔工頻接地電阻值和保護(hù)角都符合設(shè)計(jì)規(guī)程要求，而實(shí)際線路雷擊跳閘率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論的計(jì)算值。僅采取這種簡單的防雷設(shè)計(jì)方法是不夠的，應(yīng)盡快建立起一套行之有效的雷擊跳閘原因的分析方法，從而使設(shè)計(jì)和運(yùn)行人員更有針對(duì)性地采取有效合理的防雷方式，降低線路雷擊跳閘率。通過輸電線路防雷的一般分析和計(jì)算方法，結(jié)合110 kV古東462線路雷擊跳閘案例，借鑒該段安裝前后雷擊定位系統(tǒng)落雷數(shù)據(jù)分析導(dǎo)體消雷器的應(yīng)用效果，從而提出導(dǎo)體消雷器可做為邊坡防雷的有效措施。

2 輸電線路雷擊故障原因的分析方法及對(duì)策

2.1 輸電線路反擊分析方法

雷擊線路但尚不致引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流峰值(kA)稱為線路的耐雷水平，線路耐雷水平越高，線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)的機(jī)會(huì)愈小。線路防雷可以采取的第一類措施，就是要保證線路具有較高的耐雷水平，以減少絕緣閃絡(luò)的機(jī)會(huì)。對(duì)于輸電線路反擊的分析，一般采用的方法是計(jì)算線路的耐雷水平是否符合規(guī)程的要求，《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T620-1997)規(guī)程第6.1.3條規(guī)定了各電壓等級(jí)有避雷線線路的最低耐雷水平值[2]。

雷擊桿塔頂部時(shí)的耐雷水平I1可由下式計(jì)算：

從上式中可知：雷擊桿塔時(shí)的耐雷水平不單單與桿塔沖擊電阻Rch有關(guān)，與導(dǎo)地線幾何耦合系數(shù)K0,導(dǎo)地線的平均高度hd，hb也有很大的關(guān)系。而K0、hb、hd值很大程度上由導(dǎo)地線弧垂決定，尤其是大檔距線段。所以，導(dǎo)地線弧垂也是影響反擊耐雷水平的一個(gè)重要因素。在防雷設(shè)計(jì)中，不能忽略弧垂對(duì)耐雷水平的影響，對(duì)于大檔距線段，僅僅只考慮桿塔接地電阻值符合設(shè)計(jì)規(guī)程的要求是不夠的，還應(yīng)該對(duì)線路耐雷水平進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷耐雷水平是否也達(dá)到規(guī)程所規(guī)定的值。否則，就可能使投運(yùn)的線路在防雷水平上存在著先天的不足。

2.2 輸電線路繞擊分析方法

如果取110 kV、220 kV、500 kV線路取U50%沖擊放電電壓分別為700 kV、1200 kV、2 138 kV，那么，其繞擊的耐雷水平分別為7、12、21 kA左右，其值較雷擊桿塔塔頂耐雷水平小得多，也就是一般的雷電繞擊于導(dǎo)線，都能使線路引起跳閘，但由于避雷線給導(dǎo)線以屏蔽的作用，使導(dǎo)線受繞擊的概率即繞擊率大大減少。繞擊率與避雷線對(duì)外側(cè)導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度與經(jīng)過地區(qū)的地貌和地質(zhì)有關(guān)，山區(qū)繞擊率是平原的3.5倍。

3 輸電線路(110 kV古東462線)雷擊跳閘實(shí)例分析

3.1 110 kV古東462線概況及雷擊跳閘情況

110 kV古東462線路全長11.26 km，共計(jì)40基(鐵塔37基，砼桿3基),沿線地形：山地占30%，丘陵占60%，水田占10%。導(dǎo)線安全系數(shù)K=2.6，地線安全系數(shù)K=3.33，氣象條件：最大風(fēng)速30 m/s，最高氣溫40℃，最低氣溫-15℃，最大覆冰10 mm，年平均雷暴日為40天。該線路由銅陵供電公司設(shè)計(jì)室設(shè)計(jì)，淮南供電公司力達(dá)送變電公司承建，于2000年4月投運(yùn)。

從故障情況看，發(fā)生跳閘次數(shù)最多的是6#、7#塔，各為2次，基本上每年都發(fā)生跳閘，9#位置在山頂上，而6#、7#的位置反而不在山頂上(圖1)。6#塔面“—”側(cè)導(dǎo)線下方為一山洼，7#塔面“+”右側(cè)也有一山洼，由此看出，該處所遭雷擊可能為繞擊。

3.2 6#塔耐雷水平計(jì)算和雷擊跳閘分析

6#塔為JG1耐張塔，絕緣子型號(hào)為LXY1-70,片數(shù)為8片，絕緣子串長度1.16 m。絕緣子串U50%取800 kV，GJ-50避雷線半徑r1=0.45 mm，6#塔位土壤電阻率實(shí)測為1 000 Ω·m，接地型式為T10，設(shè)計(jì)值為20Ω。地形較陡，坡度約為45°向下斜坡，面“—”側(cè)導(dǎo)線下方為一山洼。通過對(duì)6#塔的防雷計(jì)算，可得知：

(1)6#耐雷水平符合“110 kV線路變電所進(jìn)出線段耐雷水平不小于75 kA”(DL/T620-1997第6.1.3條)[3]，接地電阻值也符合規(guī)程要求。

(2)6#塔保護(hù)角為12.3°，小于規(guī)程規(guī)定的25°。

(3)古東462線自2000年4月投運(yùn)以來，實(shí)際雷擊跳閘率約為8.88次/100 km·年，明顯高于計(jì)算值3.08/100 km·年。

4 防范措施及效果分析

4.1 防范措施

通過計(jì)算分析，邊坡線路的耐雷水平和保護(hù)角雖都符合規(guī)程規(guī)定，但仍不能防止繞擊，銅陵供電公司采取了以下幾項(xiàng)措施。

(1)提高線路絕緣水平，可提高線路繞擊耐雷水平，即增大爬距，將直線塔絕緣子由7片成串改為9片成串。

(2)在6號(hào)至10號(hào)塔頂分別安裝了5組導(dǎo)體消雷器。

(3)將6號(hào)至10號(hào)塔的接地裝置進(jìn)行改造，電阻均小于10 Ω。

4.2 效果分析

導(dǎo)體消雷器的防雷特性：本次安裝的消雷器是XL-G1型導(dǎo)體消雷器，其導(dǎo)體材料做的針體能全面抑制上行雷的產(chǎn)生和發(fā)展。較強(qiáng)的限流能力，可以延緩雷擊放電時(shí)間、大幅度消減雷電的幅值和陡度，使雷擊的二次效應(yīng)大大減弱。合理的結(jié)構(gòu)，能在雷電流過大時(shí)，實(shí)現(xiàn)多支針體自動(dòng)并聯(lián)，增加耐雷水平。氣象條件適宜(如無橫向來風(fēng))時(shí)，在雷云下地面電場的作用下，能產(chǎn)生毫安級(jí)至安培級(jí)的中和電流，即可大幅度降低雷擊發(fā)生的概率。

5 導(dǎo)體消雷器工作原理與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

5.1 導(dǎo)體消雷器工作原理

主要是利用雷云與地面之間的電場能量、本身的特殊構(gòu)造形式及安裝桿塔的高度，使消雷針產(chǎn)生一定數(shù)量的荷電粒子，對(duì)雷云下方電場發(fā)生作用，由于電暈的效應(yīng)，使消雷器周圍電場均勻，從而減少輸電線路的落雷概率，削弱雷電強(qiáng)度，使雷擊跳閘率和雷擊事故率下降。

5.2 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

銅陵供電公司自1996年以來累計(jì)在12條線路134基桿塔安裝導(dǎo)體消雷器共計(jì)134套，從運(yùn)行結(jié)果看，效果非常顯著。

導(dǎo)體消雷器在應(yīng)用過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)安裝段選擇應(yīng)考慮三方面因素：一是該段落雷情況,可通過雷電定位系統(tǒng)查詢歷年落雷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析；二是地形地貌，一般選擇連續(xù)爬坡、高山或河流邊等地段；三是運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)生雷擊跳閘后，雷擊塔兩端2～3基塔均需安裝。

(2)確定安裝段后，需進(jìn)行選型，主要考慮兩方面因素：一是電壓等級(jí)，一般220 kV線路選擇XL-G1型(18針)，110 kV及以下線路選擇XL-G2型(14針)；二是塔型，雙架空地線塔型選擇2底座型(1/4球型)，單架空地線塔型選擇單底座型(半球型)。

(3)安裝段桿塔接地電阻要符合要求，即接地電阻要求在10 Ω以內(nèi)，在高土壤電阻率和無人區(qū)可適當(dāng)放寬，但不得超過30 Ω。

(4)選擇好導(dǎo)體消雷器型號(hào)、規(guī)格后，需根據(jù)不同塔型的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)安裝制作不同的底座板，設(shè)計(jì)的底座板盡量借助原塔的螺栓孔，不能破壞原塔受力構(gòu)件，盡量少鉆孔。

(5)安裝時(shí)，考慮到消雷器尺寸較大，需停電安裝，起吊時(shí)保持消雷器平衡，控制好尾繩，確保消雷針不碰塔引起變形。

(6)運(yùn)行1年后，檢查消雷器底座螺栓松動(dòng)情況，檢查消雷針是否缺損。

(7)規(guī)范記錄，及時(shí)錄入臺(tái)帳，根據(jù)該段落雷情況和線路運(yùn)行情況評(píng)估安裝效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]110-500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程(DL/T 5092-1999)[S].1999

[2]交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合(DL/T 620-1997)[S]．北京：中國電力出版社，1997

[3]交流電氣裝置的接地(DL/T 621-1997)[S]. 北京：中國電力出版社，1997