MEG水電站35 kV輸電線路防雷技術(shù)研究與治理

薛玉林，曾義昌

(中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司，四川成都 618000)

MEG水電站35 kV輸電線路防雷技術(shù)研究與治理

薛玉林，曾義昌

(中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司，四川成都 618000)

闡述了35 kV輸電線路防治雷電過(guò)電壓的現(xiàn)狀、技術(shù)研究及治理措施，可以增進(jìn)讀者對(duì)35 kV輸電線路雷電防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與了解，特別是線路型避雷器在35 kV輸電線路的成功應(yīng)用值得推廣。

防雷；線路型避雷器；研究；治理；推廣；MEG水電站

1 概述

MEG水電站地處川西高原，35 kV輸電線路作為MEG水電站生態(tài)機(jī)組電能的輸送通道采用了單回架空線路設(shè)計(jì)，全長(zhǎng)15．587 km，接入MEG水電站后經(jīng)1#主變壓器升壓至500 kV并入四川電網(wǎng)運(yùn)行。MEG水電站35 kV輸電線路設(shè)計(jì)海拔為1 850～2 850 m，共有38基桿塔，線路采用LGJ－120/25型鋼芯鋁絞線為導(dǎo)線，采用GJ－35型鍍鋅鋼絞線為地線。線路導(dǎo)線耐張串、直線串、跳線串均采用4片U70BP瓷質(zhì)絕緣子，全線架設(shè)單根避雷線進(jìn)行防雷保護(hù)，架空導(dǎo)線三角形排列，地線采用直接接地方式。

2 存在的問(wèn)題

該線路自2012年10月投運(yùn)以來(lái)，多次發(fā)生雷電過(guò)電壓，不同程度地引起了線路跳閘和PT設(shè)備損壞等事故，給電站的生產(chǎn)、財(cái)產(chǎn)和安全造成不同程度的影響及損失，因此，對(duì)MEG水電站35 kV輸電線路雷電過(guò)電壓防護(hù)進(jìn)行技術(shù)研究、治理勢(shì)在必行。

3 雷電過(guò)電壓防護(hù)現(xiàn)狀研究

依據(jù)GB/T 50064－2014《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)與絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)包括線路雷電繞擊、反擊或感應(yīng)過(guò)電壓以及變電站直擊、雷電侵入波過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)。規(guī)范要求防止雷電過(guò)電壓的措施有架設(shè)避雷線、降低桿塔的的接地電阻、架設(shè)耦合地線、加強(qiáng)絕緣強(qiáng)度、安裝避雷器等措施。筆者通過(guò)對(duì)設(shè)備現(xiàn)狀進(jìn)行分析后確定防護(hù)措施。

3．1直接雷防護(hù)現(xiàn)狀研究

當(dāng)雷電直接擊中導(dǎo)線或繞過(guò)避雷線擊中導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線上會(huì)出現(xiàn)較高的過(guò)電壓，使絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，引起導(dǎo)線對(duì)地短路。MEG水電站35 kV輸電線路全線采用單根架空避雷線進(jìn)行直擊雷保護(hù)，單根避雷線與B相(中導(dǎo)線)呈上下排列。特別是36#水泥桿，桿高約12m，避雷線距B相線的垂直距離約為0．5 m，距A、C相線(邊導(dǎo)線)水平距離約為2．55 m。經(jīng)計(jì)算，該避雷線能保護(hù)A、B、C相線，但由于避雷線及相導(dǎo)線隨坡布設(shè)，各線下垂度不一致且避雷線會(huì)隨風(fēng)搖擺且擺動(dòng)幅度不確定等原因，可能會(huì)導(dǎo)致避雷線對(duì)A和C相線不能完全保護(hù)。

計(jì)算過(guò)程如下:

將避雷線看成多個(gè)單根避雷針的集合，按照單根避雷針的保護(hù)半徑進(jìn)行計(jì)算，可知:

單根避雷針在hx高度的保護(hù)半徑應(yīng)按式(1)進(jìn)行計(jì)算:

式中 rx為避雷針在hx高度的平面上的保護(hù)半徑，m；h為避雷針有效高度，h=12 m；hx為被保護(hù)物的高度，hx=9 m；P為高度影響系數(shù)。

h≤30 m，則P=1。

將上述數(shù)據(jù)代入式(1)，可得12 m高的單根避雷針在9 m平面上的保護(hù)半徑rx=3 m＞2．55 m (2．55 m為避雷線與邊導(dǎo)線的實(shí)際水平距離)。

此計(jì)算說(shuō)明:在線路靜止時(shí)是能對(duì)A、B、C相線進(jìn)行保護(hù)的，但此種情況為理想情況下。在實(shí)際情況中，由于受地形、風(fēng)力、線路下垂等因素影響，可能會(huì)造成避雷線不能對(duì)A、B、C相線完全保護(hù)。

3．2 感應(yīng)雷防護(hù)現(xiàn)狀研究

雷電擊中避雷線、避雷針或防雷引下線在泄放雷電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)變的電磁場(chǎng)，造成線路上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，感應(yīng)過(guò)電壓的大小一般為300～500 kV，過(guò)電壓沿線路傳導(dǎo)，如不采取相應(yīng)的過(guò)電壓保護(hù)措施，可能會(huì)造成設(shè)備損壞等，更為嚴(yán)重的是造成人員傷亡。因此，我們?cè)谕晟品览状胧r(shí)，應(yīng)考慮到對(duì)感應(yīng)雷過(guò)電壓的防護(hù)。

從調(diào)查情況看，MEG水電站35 kV輸電線路0#塔(終點(diǎn))無(wú)避雷器，因0#塔為進(jìn)入廠房前的最后一處桿塔，如果不做好感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)，可能會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)過(guò)電壓直接竄入廠房引發(fā)雷電事故。

3．3 接地保護(hù)現(xiàn)狀研究

接地是泄放雷電流的重要措施。如果接地做的不好，將直接影響整個(gè)防雷效果。接地電阻過(guò)大，不但會(huì)影響雷電流的泄放，同時(shí)還因地電位反擊而損壞設(shè)備，危及人員安全。根據(jù)GB/T 50065－2011《電流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，在土壤電阻率大于2 000Ω·m的地區(qū)(MEG水電站35 kV輸電線路設(shè)計(jì)取土壤電阻率為2 000Ω ·m)，線路桿塔接地電阻宜不超過(guò)30Ω，電站進(jìn)出線段2 km范圍內(nèi)桿塔接地電阻不得大于10 Ω。同時(shí)，考慮到終端塔避雷器接地的要求，應(yīng)以終端桿塔接地電阻不得大于5Ω為宜。

經(jīng)測(cè)試，MEG水電站35 kV輸電線路共有11基桿塔工頻接地電阻值超出規(guī)范不超過(guò)30Ω的要求，共有1基終端塔工頻接地電阻值超出規(guī)范不超過(guò)5Ω的要求。

4 雷電過(guò)電壓的防護(hù)治理

近幾年的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明:MEG水電站35 kV輸電線路區(qū)域年平均雷電日高達(dá)60多天，大風(fēng)天氣司空見慣，從上述研究可知:多數(shù)線路桿塔的接地電阻值超過(guò)規(guī)范值，線路絕緣子整體耐雷水平不高，架空避雷線保護(hù)角容易受風(fēng)力影響變小、感應(yīng)雷防護(hù)措施不完善等，針對(duì)這些問(wèn)題，我們及時(shí)采取了以下治理方案。

4．1 直接雷的防護(hù)與治理

如前所述，避雷線由于受地形、風(fēng)力、線路下垂等因素影響，可能會(huì)導(dǎo)致其不能對(duì)A、B、C相線進(jìn)行全保護(hù)，因此，應(yīng)加裝避雷針進(jìn)行直擊雷保護(hù)。從經(jīng)濟(jì)合理方面考慮，我們?cè)谝自馐芾讚酎c(diǎn)位(主要是山頂、風(fēng)口和進(jìn)出站端)加裝避雷針進(jìn)行直擊雷保護(hù)。相對(duì)于普通避雷針而言，阻抗避雷針由于存在一定的阻抗，在雷擊避雷針時(shí)，雷電流大大減少，從而降低了接地網(wǎng)和桿塔的電位升高，避免反擊，同時(shí)使附近設(shè)備金屬導(dǎo)體上的感應(yīng)過(guò)電壓大大降低。因此，我們選擇并安裝了阻抗避雷針以實(shí)現(xiàn)直接雷的防護(hù)。

4．2 感應(yīng)雷的防護(hù)與治理

經(jīng)驗(yàn)表明:變電站因雷電侵入波形成的雷害事故有50%是距離電站2 km以內(nèi)雷擊線路引起的，約有71%是距離電站3 km以內(nèi)雷擊線路引起的，所以，加強(qiáng)電站進(jìn)出線段的雷電防護(hù)是必要和重要的。

(1)采用在線路終端塔安裝氧化鋅避雷器進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)。

(2)線路型金屬氧化物避雷器用于輸電線路已較為成熟，在實(shí)際應(yīng)用中已取得了非常好的效果，但其一般應(yīng)用在110 kV及以上電壓等級(jí)，在35 kV及以下輸電線路中應(yīng)用較少。但考慮到MEG水電站35 kV輸電線路地勢(shì)復(fù)雜，土壤電阻率高且為雷電活動(dòng)較為強(qiáng)烈的山區(qū)，因此值得引入嘗試。

經(jīng)驗(yàn)表明:安裝1組線路避雷器其耐雷水平可提高1～2倍；安裝兩組可提高2．5～3倍；安裝三組可提高3～4倍。結(jié)合MEG水電站35 kV輸電線路的實(shí)際情況，我們?cè)?#、36#、35#、34#塔各加裝了1組帶間隙的線路避雷器，用以降低1#和0#終端塔的殘壓值，從而保護(hù)站內(nèi)設(shè)備免受過(guò)電壓的侵害。

4．3 接地系統(tǒng)的防雷與治理

接地是泄放雷電流的重要措施。如果接地做的不好，將直接影響整個(gè)防雷效果。接地電阻過(guò)大，不但會(huì)影響雷電流的泄放，同時(shí)還因地電位反擊而損壞設(shè)備，危及人員安全。

根據(jù)要求:“電纜終端塔接地電阻不得大于5 Ω為宜”。0#塔為進(jìn)入廠房的終端桿塔，測(cè)試接地電阻值為13．9Ω＞5Ω，故要對(duì)其進(jìn)行整改。由于桿塔專用接地裝置具備適合于野外、高山等缺水的施工現(xiàn)場(chǎng)；降阻效率高，是傳統(tǒng)接地模塊的5～10倍；接地電阻穩(wěn)定，隨季節(jié)變化影響較小等優(yōu)點(diǎn)，我們采用增加專用接地裝置的辦法來(lái)降低接地電阻。計(jì)算過(guò)程如下:

(1)0#塔原地網(wǎng)接地電阻值為13．9Ω，若要使接地電阻值達(dá)到5Ω以下，改造新增地網(wǎng)需達(dá)到的接地電阻值R3:

其中 R1為設(shè)計(jì)要求電阻值，5Ω；R2為0#塔接地電阻值，13．9Ω；R3為新增地網(wǎng)接地電阻，Ω；η為利用系數(shù)0．9。

將以上數(shù)據(jù)帶入公式(2)，可得:

(2)單根桿塔專用接地裝置接地電阻Rv:

式中 Rv為單根桿塔專用接地裝置的接地電阻，Ω；ρ為土壤電阻率，2 000Ω·m。

將以上數(shù)據(jù)帶入公式(3)，可得:

(3)要使接地電阻值達(dá)到6．65Ω，所需桿塔專用接地裝置數(shù)量為:

式中 Rv為100Ω；R3為6．65Ω；n為需桿塔專用接地裝置的數(shù)量；η為利用系數(shù)，0．9。

將以上數(shù)據(jù)帶入公式(4)，可得:

(4)驗(yàn)算:

17套桿塔專用接地裝置達(dá)到的接地電阻為:

將以上數(shù)據(jù)帶入公式(4)，可得:

桿塔專用接地裝置與0#塔原地網(wǎng)接地電阻并聯(lián)后總電阻為:

將以上數(shù)據(jù)帶入公式(2)，可得:

故在0#塔處使用17套桿塔專用接地裝置與原地網(wǎng)并聯(lián)可達(dá)到設(shè)計(jì)中接地電阻不大于5Ω的要求。

根據(jù)同樣的計(jì)算原理，我們對(duì)37#塔、36#塔、35#塔和1#塔也采用了增加專用接地裝置的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)接地電阻的改善。

考慮到專用接地裝置成本較高，因此，對(duì)于線路中其余桿塔接地電阻超過(guò)30Ω的，我們均采用橫截面積為100 mm2鍍鋅扁鋼延長(zhǎng)接地體長(zhǎng)度、增加埋設(shè)深度來(lái)改善接地電阻。

5 雷電過(guò)電壓防護(hù)治理取得的成果

5．1 桿塔接地電阻超標(biāo)治理成果

2014年4月，我們對(duì)MEG水電站35 kV輸電線路接地電阻超標(biāo)的線路桿塔采用扁鋼延長(zhǎng)接地體長(zhǎng)度和增加埋設(shè)深度以及對(duì)終端桿塔增加專用接地裝置后，重新測(cè)試線路桿塔接地電阻已全部滿足規(guī)范要求，最大的測(cè)值為17．6Ω，符合其小于30Ω的規(guī)范要求；線路終端桿塔接地電阻也全部小于5Ω，合格率為100%。2015年4月進(jìn)行復(fù)測(cè)，合格率為100%。

5．2 直接雷電過(guò)電壓和感應(yīng)雷電過(guò)電壓防護(hù)治理取得的成果

2014年6月，我們對(duì)MEG水電站35 kV輸電線路實(shí)施了安裝阻抗避雷針和在終端塔安裝氧化性避雷器的工作，至2015年4月止，35 kV輸電線路遭受雷擊日約65個(gè)，但僅有1次引起線路PT絕緣損壞，說(shuō)明線路防雷水平大大提高。

2015年5月，我們?cè)俅螌?duì)MEG水電站35 kV輸電線路防雷技術(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)施了安裝線路避雷器的工作，至2015年8月底，35 kV輸電線路共遭受強(qiáng)雷擊日約35個(gè)，沒再發(fā)生線路跳閘和設(shè)備損壞事故，說(shuō)明該線路防雷水平進(jìn)一步提高，雷電危害基本得到治理。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上各種防雷電過(guò)電壓技術(shù)措施的實(shí)施，MEG水電站35 kV輸電線路的防雷擊、防過(guò)電壓水平得到了很大幅度地改善，線路的耐雷水平也得到了提高。特別是線路型避雷器在高原山區(qū)35 kV輸電線路中應(yīng)用成功的經(jīng)驗(yàn)值得推廣。

［1］ 交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范，GB/ T50064－2014［S．］．

［2］ 交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范，GB/T50065－2011［S］．

［3］ 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范，GB50169－2006［S］．

［4］ 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，DL/T 596－2005［S］．

［5］ 電氣裝置安裝工程66kV及以下架空電力線路施工及驗(yàn)收規(guī)范，GB/T50173－2014［S］．

TV7;TV735;TV738

B

1001-2184(2015)05-0104-03

薛玉林(1970-)，男，甘肅蘭州人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事流域梯級(jí)水電站生產(chǎn)技術(shù)與管理工作；

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-09-11

曾義昌(1973-)，男，四川德陽(yáng)人，助理工程師，從事流域梯級(jí)水電站生產(chǎn)技術(shù)與管理工作．