35kV終端桿塔裝避雷針的可行性分析

楊自廣(長慶油田分公司水電廠,陜西 西安 710201)

35kV終端桿塔裝避雷針的可行性分析

楊自廣(長慶油田分公司水電廠,陜西 西安 710201)

雷電侵入波嚴(yán)重影響變電站安全運行，通過實際計算，對35kV線路進出線檔的防雷保護進行分析，探討在終端桿塔裝設(shè)一支5m高的避雷針，與變電站內(nèi)獨立避雷針共同實現(xiàn)進出線檔聯(lián)合保護的可行性。

終端桿塔;避雷針;防雷;聯(lián)合保護

對于35kV線路，一般不宜將輸電線路的地線接入門型架，若此段線路受到直擊雷雷擊，雷電侵入波陡度大，將對變電站設(shè)備造成極大的損壞。靖北35kV變電站地處陜北黃土高原地區(qū)，自然條件惡劣，夏季雷電活動頻繁，35kV輸電線路點多面廣，遭受雷擊概率大，因此，對于靖北35kV進出線檔的防雷保護十分重要。

1 防雷現(xiàn)狀分析

因線路地理范圍廣，雷擊輸電線路的次數(shù)遠多于雷擊變電站，所以沿線路侵入變電站的雷電侵入波較為常見。雖然現(xiàn)變電站都安裝了站內(nèi)獨立避雷針，但由于輸電線路絕緣子串50%沖擊放電電壓，即輸電線路絕緣水平比變電站內(nèi)變壓器及其它電氣設(shè)備的沖擊絕緣水平要高很多，雷電波易沿線路侵入，影響整個系統(tǒng)的安全運行。

靖北變接帶35kV線路兩回，該地區(qū)土壤電阻率經(jīng)測試為146.176Ω·m。進線保護段為2-3km單根避雷線，避雷線終止于終端桿塔。對兩回線路進出線檔的防雷保護進行分析，發(fā)現(xiàn)一條35kV未在變電站內(nèi)避雷針的保護范圍內(nèi)。規(guī)程規(guī)定，土壤電阻率小于500Ω·m的地區(qū)，終端桿塔避雷線可引至龍門架，但必須裝設(shè)集中接地裝置。從經(jīng)濟性角度考慮，提出在該線路終端桿塔裝設(shè)一支5m高的避雷針，與站內(nèi)避雷針實現(xiàn)進出線檔的聯(lián)合保護。

2 計算模型

2.1 等值電路

在35kV線路終端桿塔（A型桿）裝設(shè)一支5m高的避雷針后，采用集中參數(shù)等值電路來分析計算，雷擊塔頂避雷針時的等值電路，如圖1所示。

圖1 雷擊塔頂避雷針時的等值電路

其中，il--總雷電幅值，kA；ib--流經(jīng)避雷線的電流，kA；igt--流經(jīng)終端桿塔的電流，kA；Lgt--終端桿塔的等值電感，μ H；Lb--桿塔避雷線的電感，μH；Rch—終端桿塔的沖擊接地電阻，Ω；igt=βil，β為分流系數(shù)，雷擊桿塔時，一部分電流會經(jīng)過避雷線從其它桿塔入地。對于一般高度的桿塔，β可由桿塔電感Lgt與沖擊接地電阻Rch串聯(lián)后再并聯(lián)避雷線的電感Lb進行計算。

2.2 塔頂與橫擔(dān)電位

設(shè)雷電流波頭為斜角波，幅值為IkA，波頭長度為2.6μs，則其陡度為I/2.6，塔項的電位為：

將dI/dt=I/2.6代入，則桿塔頂電位幅值為：

則橫擔(dān)電位幅值為：

式中：hh--橫擔(dān)高度；hgt--桿塔高度。

2.3 導(dǎo)線電位

在分析雷電過電壓時，對220kV及以下線路可忽略導(dǎo)線上的工作電壓。雷擊塔頂后，塔頂電位升高，由于避雷線與塔頂相連，避雷線也且有與塔頂相等的電位，由于避雷線與導(dǎo)線之間的耦合作用，在導(dǎo)線上將產(chǎn)生耦合電位kUtop，該電位分量與雷電流極性相同。k為考慮電暈影響的導(dǎo)線與避雷線的耦合系數(shù)，雷擊時，避雷線上的電位較高，將出現(xiàn)電暈，耦合系數(shù)將變電為原來的k1倍，即k=k1k0，k1為考慮電暈效應(yīng)時的修正系數(shù)，k0為導(dǎo)線與避雷線間的幾何耦合系數(shù)。

式中：α--感應(yīng)過電壓系數(shù)，α=I/2.6；hb--避雷線平均對地高度；hc---導(dǎo)線懸掛的平均對地高度。

耦合電位和感應(yīng)電位共同組成導(dǎo)線上總的電位值為：

2.4 線路絕緣上承受電壓

線路絕緣兩端電壓Ui等于橫擔(dān)電位Uh減去導(dǎo)線電位Ud-，根據(jù)（2）、（3）、（5）式，即：

如果作用于絕緣子串上的電壓超過其50%沖擊放電電壓，絕緣子串會發(fā)生桿塔對導(dǎo)線放電導(dǎo)致的閃絡(luò)，即反擊。

3 可行性分析

線路終端桿塔為A字型水泥電桿，有拉線；塔高hgt=15.5m，橫擔(dān)高度hh=12.5m，避雷線平均對地高度hb=13.5m，導(dǎo)線平均對地高度hc=8.7m，工頻接地電阻為R=6Ω；參考相關(guān)資料，取雷電流I=150kA，桿塔等值電感平均值取0.42μH/m，取分流系數(shù)β=0.9，耦合系數(shù)k0=0.25，耦合系數(shù)的電暈修正系數(shù)k1=1.15，沖擊接地電阻系數(shù)取0.7。將數(shù)據(jù)代入公式（6），計算可得：

Uj=882kV

由計算結(jié)果可知：當(dāng)桿塔的沖擊接地電阻Rch=4.2Ω時，雷擊桿塔避雷針時，線路絕緣子中上承受的電壓幅值遠遠大于其50%沖擊放電電壓350kV，將產(chǎn)生反擊。故在不采取任何措施的情況下，不能在終端桿塔上裝設(shè)一支5m高的避雷針尖。

若要在終端桿塔上裝設(shè)一支5m高的避雷針尖，而又不產(chǎn)生反擊，根據(jù)現(xiàn)有條件，可以考慮降低終端桿塔的沖擊接地電阻，根據(jù)公式（6），其計算公式為：

從計算公式可以看出，不管沖擊接地電阻多小，即使為0，當(dāng)雷擊于終端桿塔避雷針后，都將引起反擊。所以，在該線終端桿塔避雷針，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)與站內(nèi)獨立避雷針聯(lián)合保護進出線檔線路，但是雷擊概率增加，一旦被雷擊，將引起絕緣子閃絡(luò)，造成短路跳閘事故。

4 結(jié)語

通過分析，不能采取在靖北變該35kV線路終端桿塔上裝設(shè)避雷針與站內(nèi)獨立避雷針實現(xiàn)進出線檔聯(lián)合防雷保護，否則在雷擊桿塔時會引起雷電反擊，引起線路短路跳閘事故，并對變電所內(nèi)的設(shè)備絕緣產(chǎn)生威脅，影響變電所的安全運行

[1]穆建軍.對于35kV線路終端桿塔上裝設(shè)避雷針問題的商榷[J].

[2]孫正來，余傳兵.變電站35kV終端塔頂安裝構(gòu)架避雷針的可行性分析[J].

楊自廣（1973-）男，漢族，河南省清豐縣人，電氣工程師，主要從事油田電力運行維護管理工作。