淺談高橋水電廠35KV龍厚線防雷處理的幾點(diǎn)措施

袁清云

中電投湖南婁底新能源有限公司

摘要：文章介紹了雷電產(chǎn)生的原因以及雷電對(duì)35kV電路線路的危害，提出避雷裝置、接地裝置的安裝，以及線路絕緣、自動(dòng)重合閘等技術(shù)措施。這些防雷技術(shù)措施可使35kV電力線路受雷擊的危害降低。

關(guān)鍵詞：高橋水電廠；龍厚線；防雷處理

引言：高橋水電廠是中電投江西電力有限公司在2009年收購的小水電站，該電站安裝兩臺(tái)5Mw合計(jì)10Mw的燈貫式水輪發(fā)電機(jī)組，屬低水頭徑流式水電站，目前由中電投江西公司江口水電廠負(fù)責(zé)運(yùn)營。該電站采用擴(kuò)大單元接線經(jīng)升壓至35KV后通過龍厚線輸送至永新縣網(wǎng)厚溪變，所以龍厚線是高橋水電廠輸送電力的唯一通道。

1線路防雷的概念

1.1 雷電對(duì)線路的危害性

雷電引起的過電壓，即大氣過電壓，可分為直接雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。雷電主要有下列危害：雷電的機(jī)械效應(yīng)：擊毀桿塔和建筑，傷害人畜；雷電的熱效應(yīng)：燒毀導(dǎo)線、設(shè)備，造成火災(zāi)；雷電的電熱效應(yīng)：產(chǎn)生過電壓，擊穿電氣絕緣、絕緣子閃絡(luò)、開關(guān)跳閘、線路停電或引起火災(zāi)、人身傷亡等。

2.2 雷擊形式

線路受雷擊后，絕緣子串兩端電壓升高，會(huì)引起絕緣子串閃絡(luò)。根據(jù)雷擊點(diǎn)位置不同，引起雷擊閃絡(luò)的原因，基本上有以下3種。

1.2.1 反擊

雷電擊在桿塔或避雷線上，此時(shí)作用在線路絕緣上的電壓達(dá)到或超過其沖擊放電電壓，則發(fā)生自桿塔到導(dǎo)線的線路絕緣反擊，其電壓等于桿塔與導(dǎo)線間的電位差。雷擊桿塔時(shí)，最初幾乎全部電流都流經(jīng)桿塔及其接地裝置，隨著時(shí)間的增加，相鄰桿塔參與雷電流泄放入地的作用愈來愈大，從而使被擊桿塔電位降低。

1.2.2 繞擊

雷電直接擊在相線上。電擊的概率與雷電在架空線路上的定向和迎面先導(dǎo)的發(fā)展有關(guān)，若迎面先導(dǎo)自導(dǎo)線向上發(fā)展，就將發(fā)生繞擊。一般與導(dǎo)線的數(shù)目和分布，鄰近線路的存在，導(dǎo)線在檔距中的弛度及其它幾何因素等有關(guān)系。為此，要求加強(qiáng)線路絕緣、降低桿塔的接地電阻，重雷區(qū)的線路架設(shè)耦合地線等。

1.2.3 感應(yīng)雷

雷擊線路附近的地面，在絕緣子二端產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓，通常稱為感應(yīng)雷過電壓。雷電直接流過桿塔或?qū)Ь€時(shí)產(chǎn)生的過電壓又稱為直擊雷過電壓。

2 線路遭雷擊原因分析

遭雷擊的線路主要在山頂或向陽半坡的高位桿塔、傍山又臨水域地段、山谷迎風(fēng)氣流口上，以及處于兩種不同土壤電阻率的土壤接合部的桿塔。高橋水電廠地處山區(qū)，龍厚線沿途地形復(fù)雜，雷雨天氣較多，線路經(jīng)常因雷擊跳閘，并損壞電氣設(shè)備，造成電廠電力無法送出，碰到天氣不好影響搶修可能幾天都無法發(fā)電只能棄水。

為什么龍厚線雷雨天氣容易跳閘，且每次雷擊都會(huì)損壞設(shè)備？通過多次雷擊事件的分析我認(rèn)為主要是以下幾點(diǎn)原因引起的：①線路出線側(cè)有避雷線的桿塔（#1-7桿）接地電阻超標(biāo)或未敷設(shè)接地網(wǎng)；②該線路無避雷線的部分未安裝避雷器；③升壓站接地網(wǎng)電阻超票，避雷針保護(hù)范圍不夠；④桿塔絕緣子老化容易擊穿造成線路接地。具體也可以分為以下幾點(diǎn)原因。

（1）接地電阻大。龍厚線鐵塔都設(shè)在高山或沙灘上，地面大多是由巖石構(gòu)成，剛建時(shí)，表層還有一層導(dǎo)電性能良好的履蓋層，經(jīng)過幾年雨打風(fēng)吹及材料板結(jié)，土壤電阻率都較高，導(dǎo)電性能變差，接地電阻變大。按照規(guī)范要求，35 kV線路接地電阻在20Ω以下，兩條線路實(shí)測(cè)接地電阻都較大，最小40Ω，有的竟高達(dá)110Ω，如龍厚線6、7號(hào)桿，處于河灘，接地電阻大，也是雷擊最頻繁之處。

（2）林木高大。龍厚線鐵塔9、10號(hào)標(biāo)桿處于山坡上，四周的林木高大，這是引起感應(yīng)雷的主要原因。

（3）避雷線破壞。避雷線是防止線路被雷擊的主要措施。避雷線在雷擊破時(shí)遮住導(dǎo)線，使雷盡量落在避雷線上，并通過桿塔上的金屬部分和埋設(shè)在地下的接地裝置，使雷電流流入大地。在雷擊破過程中，由于雷電流過大，避雷線過流而斷線，斷線后掛到相線上，引起線路短路跳閘。

3 防雷措施

由于水電廠主要利用汛期（豐水期）發(fā)電，而這個(gè)時(shí)期處于雷雨季節(jié)，線路因雷擊造成跳閘使機(jī)組不能發(fā)電嚴(yán)重影響到了電廠的經(jīng)濟(jì)效益，所以對(duì)龍厚線進(jìn)行防雷改造迫在眉睫。通過查閱資料并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行認(rèn)真分析，我認(rèn)為可采取以下措施進(jìn)行防雷處理：①在升壓站邊上立一根避雷針，避雷針的高度需滿足升壓站的保護(hù)范圍，并敷設(shè)獨(dú)立的接地網(wǎng)，接地網(wǎng)的接地電阻必須符合規(guī)定；②對(duì)龍厚線出線側(cè)設(shè)有避雷線的桿塔（#1-7桿）接地網(wǎng)進(jìn)行改造或重新敷設(shè)接地網(wǎng)，使接地電阻滿足要求；③在#10桿（該處靠近電廠側(cè)，且地形比較開闊）安裝一組避雷器，并在電桿附近敷設(shè)接地網(wǎng)，接地網(wǎng)電阻必須符合規(guī)定；④更換電桿絕緣子。具體的必須采取以下“四道防線”保證線路供電安全。

3.1 避雷線和避雷針

架設(shè)避雷線和鐵塔避雷針是架空線路防雷保護(hù)最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷電直擊導(dǎo)線，同時(shí)還具有以下作用：①分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；②通過對(duì)導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；③對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。避雷針主要減少雷電在保護(hù)范圍內(nèi)形成。

3.2 減少接地電阻

接地電阻的大小直接影響到雷電對(duì)線路的破壞時(shí)間，減少接地電阻是架設(shè)避雷線架空線路防雷保護(hù)工作的基礎(chǔ)。減少接地電阻有以下幾種措施：

（1）增大接地面積。線路地網(wǎng)應(yīng)該滿足沖擊接地及短路電流入地的要求。線路接地網(wǎng)一般都沒有經(jīng)過仔細(xì)的計(jì)算，在鐵架基礎(chǔ)上布置隨意進(jìn)行一下處理。如接地電阻不滿足要求，可以把接地網(wǎng)引向低土壤電阻率，在低土壤電阻率處，另設(shè)一接地網(wǎng)，兩網(wǎng)相接可降低接地電阻。

（2）降低土壤電阻率。降低土壤電阻率的方法有更換土壤與人工處理土壤。在土壤電阻率高處，采用電阻率較低的土壤（如粘土、黑土及砂質(zhì)粘土等）替換原有電阻率較高的土壤，置換范圍在接地體周圍0.5m以內(nèi)；人工處理土壤，在接地體周圍土壤中加入化學(xué)物，如食鹽、木炭、爐灰、氮肥渣、電石渣、石灰等，提高接地體周圍土壤的導(dǎo)電性。

（3）利用接地電阻降阻劑。在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑，是具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)和水分。這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導(dǎo)電作用。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。

3.3 采用長閃絡(luò)避雷器（LFA）

不建立穩(wěn)定工頻電弧即使絕緣子串閃絡(luò)，也要它盡量不轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，開關(guān)不跳閘。為此應(yīng)減少絕緣子的工頻電場強(qiáng)度或者電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧圈接地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障自動(dòng)消除，不致引起相間短路和跳閘。研究表明，對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地的配電系統(tǒng)，當(dāng)線路的工作電壓與閃絡(luò)路徑長度的比值（即電場強(qiáng)度E，E = Up h /L）減小時(shí)，由雷電閃絡(luò)發(fā)展為工頻續(xù)流的可能性將大為減小。采用長閃絡(luò)避雷器，可解決配電線路絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線問題。

3.4 投入自動(dòng)重合閘

不中斷電力供應(yīng)，這是最后一道防線，即使開關(guān)跳閘也不中斷電力供應(yīng)。為此，可采用自動(dòng)重合閘或雙回路，環(huán)網(wǎng)供電等措施。

結(jié)束語

運(yùn)營主管單位江口水電廠組織專業(yè)人員對(duì)以上幾點(diǎn)措施進(jìn)行了論證，認(rèn)為可以起到防雷的作用，故從2012年年初開始對(duì)高橋水電廠升壓站及龍厚線陸續(xù)實(shí)施防雷改造，改造后經(jīng)近兩年的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，雷擊跳閘事件明顯減少，且每次跳閘都未造設(shè)備損壞，線路能及時(shí)恢復(fù)送電，電站發(fā)電效益明顯提高。