礦區(qū)35kV供電線路避雷系統(tǒng)技術(shù)改造

蘭川

摘 要：雷擊過(guò)電壓耐受能力差等致命弱點(diǎn)，一旦遭受雷擊過(guò)壓的沖擊，輕則造成這些電力系統(tǒng)的運(yùn)行中斷，設(shè)備永久性損壞，更重要的是這些系統(tǒng)所承負(fù)的那些須實(shí)時(shí)運(yùn)行的后續(xù)工作的中斷和癱瘓，所造成的不可估量的直接與間接的影響和巨大經(jīng)濟(jì)損失。由雷擊所導(dǎo)致的輸電線路安全事故不斷增加，所以在目前的電力系統(tǒng)升級(jí)改造過(guò)程中應(yīng)該引起足夠的重視。介紹35 kV原供電線路避雷系統(tǒng)存在的問(wèn)題，闡述35 kV供電線路避雷系統(tǒng)改造的方案，并收到的良好效果。

關(guān)鍵詞：供電線路 35 kV 避雷系統(tǒng) 改造

中圖分類(lèi)號(hào)：U28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（a）-0043-02

1 概述

1.1 斌郎煤礦35 kV供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

達(dá)竹煤電集團(tuán)公司斌郎煤礦地面35 kV變電所35 kV母線采用全橋單母線接線方式，變電所安裝兩臺(tái)主變壓器，型號(hào)為SZ11-5000/6。礦區(qū)供電電源來(lái)自本（集團(tuán)）公司自備電廠石板選煤發(fā)電廠，供電線路雙電源三回路，分別由礦區(qū)電網(wǎng)的石（石板電廠）斌（斌郎）線，石（石板）斌（斌郎）金（金剛）線和?。ㄐ『泳祝┍螅ū罄桑┚€組成。三回線路供電電壓均為35 kV，全部采用LGJ-120 mm鋼芯鋁絞線。供電線路距離分別為：石斌線6 km，石斌金線7.67 km，小斌線13.08 km。

35 kV供電線路避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝于20世紀(jì)80年代，線路避雷器采用管型避雷器，線路進(jìn)出線端2.2 km采用GJ-35鋼絞線作為避雷線防雷，電桿避雷引下線則采用混凝土電桿鋼筋體穿頂引入埋于地下。

1.2 礦區(qū)系統(tǒng)供電現(xiàn)狀

礦區(qū)供電線路主要以金屬橫擔(dān)的砼桿為主的架空線路，線路主要按山地架設(shè)，送電線路多經(jīng)過(guò)山林地帶，地形較為復(fù)雜、土壤多為盆地頁(yè)巖沙質(zhì)電阻率變化較大，接地電阻難以達(dá)到規(guī)范要求，在歷年的雷雨季節(jié)常發(fā)生線路閃絡(luò)、供電瞬間中斷事故，嚴(yán)重影響了線路的安全可靠供電。通過(guò)對(duì)2006-2007年對(duì)35 kV供電線路的地阻測(cè)試和避雷器不合格率以及供電事故的統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。可見(jiàn)整個(gè)35 kV線路接地系統(tǒng)存在著極大的安全隱患；線路接地不合格率2007年比2006年增加了4.4%，避雷器2007年的不合格率比2006年增加了2.5%，雷擊事故占總中斷事故的85%以上。

2 礦區(qū)35 kV供電線路存在的主要問(wèn)題

35 kV供電線路在每季的接地電阻測(cè)試中，接地電阻阻值變化較大，不合格率較多，進(jìn)而事故率增加。說(shuō)明整個(gè)35 kV線路的防雷系統(tǒng)存在著極大的安全隱患，急需改造。通過(guò)對(duì)每條線路的實(shí)地勘查，主要存在以下問(wèn)題。

2.1 礦區(qū)35 kV線路設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題

（1）在接地方上由于采用簡(jiǎn)單人工體裝置，線路主要是按山林地架設(shè)，表層土質(zhì)薄，下層為頁(yè)巖沙石，土壤電阻率高，對(duì)桿塔的接地電阻影響較大。有的部分桿塔所在地段基本上全為巖石，接地電阻的降阻困難大。線路設(shè)計(jì)建造時(shí)，沒(méi)有提供每基桿塔所在位置測(cè)量的土壤電阻率及其分布情況，在設(shè)計(jì)接地裝置時(shí)隨意性較大，不是根據(jù)每根桿塔的地形、地勢(shì)情況合理設(shè)計(jì)桿塔的接地裝置，結(jié)果與實(shí)際情況不符，造成部分桿塔的接地電阻偏高。

（2）避雷線上由于35 kV供電系統(tǒng)只有在線路進(jìn)出線2 km的范圍內(nèi)，因大氣雷電的隨機(jī)性和復(fù)雜性，再加上送電線路處于大自然之中，遭受自然的破壞可能性極大。對(duì)送電線路造成閃絡(luò)或跳閘的主要原因是反擊還是繞擊等問(wèn)題。這此因素都造成了防雷措施的針對(duì)性不強(qiáng)。

（3）避雷器的選擇上管式避雷器采用的是自吹滅弧原理。放電伏秒特性較陡，時(shí)間較長(zhǎng)，沖擊放電和工頻放電能力較差。

2.2 礦區(qū)35KV線路在維護(hù)上存在的問(wèn)題

（1）接地體的腐蝕，特別是在山區(qū)的酸性土壤中，或風(fēng)化土壤中，最容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕和吸氧腐蝕。由于腐蝕使接地體與周?chē)寥赖慕佑|電阻變大，甚至使接地體在焊接頭處斷裂，導(dǎo)致桿塔接地電阻變大，或失去接地。

（2）在山坡坡帶，由于雨水的沖刷使水土流失而使接地體外露，失去與大地的接觸。

（3）在施工時(shí)使用化學(xué)降阻劑，或性能不穩(wěn)定的降阻劑，隨著時(shí)間的推移降阻劑的降阻成份流失或失效使接地電阻變大。

（4）因線路已不斷老化，維護(hù)不到位，使線路桿塔接地也存在著比較嚴(yán)重的缺陷。如：接地裝置年久失修，銹蝕嚴(yán)重，殘缺不全，接地電阻逐年增加。這些損壞的接地裝置將導(dǎo)致系統(tǒng)耐雷水平嚴(yán)重下降，造成系統(tǒng)閃絡(luò)。

3 35 kV小斌線供電線路避雷系統(tǒng)改造方案

針對(duì)斌郎煤礦35 kV供電線路避雷系統(tǒng)存在的安全隱患引起集團(tuán)公司和礦領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，經(jīng)過(guò)可行性研究認(rèn)為35 kV小斌線避雷系統(tǒng)改造勢(shì)在必行，并于2008年1月實(shí)現(xiàn)了其避雷系統(tǒng)改造。

3.1 礦區(qū)35 KV供電線路接地系統(tǒng)技術(shù)改造方案

根據(jù)該地區(qū)域的地形、地貌、地質(zhì)情況以及35 kV供電線路存在的具體問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定35 kV供電線路桿塔接地系統(tǒng)方案。

（1）每基電桿的接地引下線重新設(shè)計(jì)。有避雷線的電桿從避雷線上作接地引下線，其余電桿從導(dǎo)線橫擔(dān)上作接地引下線。

（2）礦區(qū)35 kV線路進(jìn)出線端避雷線電桿和地形地貌較為突出易遭雷擊、巖石土壤的桿塔采用放射式接地方式向電桿四周延伸。接地線采用直接接地方式，桿塔的接地裝置采用水平布置接地體與原人工接地體相結(jié)合，接地體埋設(shè)深度為0.4～0.8 m。接地體采用φ10鍍鋅圓鋼，接地體引出線采用φ12鍍鋅圓鋼。根據(jù)不同的土壤電阻率選擇其長(zhǎng)度在96～200 m，很大程度上降低了接地電阻，增強(qiáng)了抗雷擊的能力。

（3）引下線應(yīng)分別接入地網(wǎng)以減少電感效應(yīng)，每根接地射線均應(yīng)直接連至桿塔接地引出端。桿塔的接地引出端附近設(shè)置一個(gè)鋼并鉤，便于接地射線的連接，便于檢測(cè)接地射線的連通情況。

4 雷擊跳閘分析

高壓送電線路遭受雷擊的事故主要與四個(gè)因素有關(guān)：線路絕緣子的50%放電電壓；有無(wú)架空地線；雷電流強(qiáng)度；桿塔的接地電阻。

4.1 高壓送電線路繞擊成因分析

山區(qū)高壓送電線路的繞擊率約為平地高壓送電線路的3倍。山區(qū)送電線是不可避免會(huì)出現(xiàn)大跨越、大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)；在雷電活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈時(shí)，使某一地區(qū)段的線路較其他線路更容易遭受雷擊。

4.2 高壓送電線路反擊成因分析

雷擊桿塔或避雷線時(shí)，一部分雷電流通過(guò)避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流經(jīng)桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來(lái)表示。

當(dāng)塔頂電位Ut與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位U1的差值超過(guò)絕緣子串50%的放電電壓時(shí)，將發(fā)生由塔頂至導(dǎo)線的閃絡(luò)。即Ut-U1>U50，如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響，則為Ut-（U1+Um）>U50。因此，線路的耐雷水平與3個(gè)重要因素有關(guān)，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強(qiáng)度和塔體的沖擊接地電阻。

5 礦區(qū)35 kV線路防雷技術(shù)改造方案

35 kV線路本身的絕緣水平較低。當(dāng)雷擊架空線路時(shí)，不論是感應(yīng)雷、繞擊雷過(guò)電壓還是直擊雷過(guò)電壓都極易引起絕緣子閃絡(luò)放電，造成單相接地時(shí)的工頻續(xù)流不能盡早熄弧，進(jìn)而發(fā)展成相間短路而導(dǎo)致線路跳閘。因此降低35 kV線路雷擊跳閘率的關(guān)鍵是使線路避雷線的接地沖擊接地電阻小。因而必須做好如下防雷措施。

（1）增加絕緣子降低建弧率，提高線路的絕緣強(qiáng)度，將直線桿原3片瓷瓶的增加到4片，耐張桿由原來(lái)的4片增加到5片。

（2）減小接地引下線的過(guò)渡電阻、接地網(wǎng)除銹補(bǔ)焊防腐。通過(guò)降低線路桿塔的沖擊接地電阻等措施在一定程度上可提高線路耐雷水平和降低絕緣子閃絡(luò)概率。

（3）安裝線路型避雷器。

通過(guò)實(shí)踐證明在線路上安裝YH10WX1-51/170復(fù)合外套金屬氧化物避雷器，可以極大地提高架空輸變電線路的抗雷擊性能，降低線路雷擊跳閘率。如線路桿塔有下列幾種情況下須安裝線路避雷器。

①土壤電阻率較大的山區(qū)，在有金屬礦床的地區(qū)、山坡與稻田接壤的地段和不同電阻率土壤的交界地段。

②湖沼、低洼地區(qū)和地下水位高的地方。

③線路桿塔之間出現(xiàn)大檔距使得避雷線屏蔽作用失效。常發(fā)生繞擊、側(cè)擊等現(xiàn)象的桿塔，需在桿塔上安裝避雷器。

④接地電阻難以達(dá)到技術(shù)要求，同時(shí)又有遭受雷擊可能的桿塔。需在本桿塔和相鄰接地電阻小的桿塔上安裝線路避雷器。

（4）搞好線路的維護(hù)工作。

①每月定期進(jìn)行巡視檢查，每年應(yīng)進(jìn)行一次定期維護(hù)，清掃絕緣子片，發(fā)現(xiàn)有放電、擊穿的絕緣子應(yīng)進(jìn)行更換，提高線路的絕緣水平。

②定期對(duì)絕緣子進(jìn)行測(cè)定，用不低于5000 V的兆歐表進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)絕緣子的絕緣電阻小于500 MΩ時(shí)，即絕緣子不合格，應(yīng)進(jìn)行更換。

③每季定期進(jìn)行每基桿塔接地電阻測(cè)定，對(duì)接近10 Ω的接地極進(jìn)行檢查并整改。

6 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

通過(guò)上述對(duì)礦區(qū)35 kV供電線路的接地系統(tǒng)及防雷技術(shù)改造后接地電阻明顯減低，平均電阻在3.5 Ω左右，提高了防雷擊的能力。因氧化鋅避雷器具有響應(yīng)迅速，殘壓低，通流容量大，無(wú)續(xù)流，工作穩(wěn)定，保護(hù)可靠，可耐多重雷擊等特點(diǎn)，有效地保證了礦區(qū)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。雷擊閃絡(luò)次數(shù)大幅降低。改造后的35 kV避雷系統(tǒng)，大幅度降低了維修量及維修費(fèi)用，又鍛煉了職工隊(duì)伍。

7 結(jié)語(yǔ)

輸電線路和線路雷電防護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)不斷開(kāi)發(fā)，山體地貌的變化，以及氣候變化、雷擊活動(dòng)加劇，雷害事故明顯增多，加強(qiáng)雷電參數(shù)及線路防雷分析，開(kāi)展防雷改造、采取有效的防雷措施顯得尤其重要。礦區(qū)35 kV供電線路避雷系統(tǒng)改造，施工工期短，改造費(fèi)用低，安全運(yùn)行效果好，既提高了供電的可靠性，又節(jié)省了大量維修費(fèi)用。

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