煤礦地面110 kV架空電線路防雷改造應(yīng)用研究

李 娜

（山西省長治市潞安集團電力中心，山西長治 046204）

0 引言

2016年7月3日晚上，受雷電影響，主井110 kV架空電線路瞬間斷裂，造成回線路跳閘，引起B(yǎng)相和C相發(fā)生短路電流，短路電流分別為18 827.9 A、19 630.4 A，2號主變瓦斯泵站的繼電器發(fā)生動作，迫使2號主變跳閘，最終致使整個礦井停電21 min。2號變壓器受雷電影響毀損狀況如圖1所示，改造之前這種情況經(jīng)常發(fā)生。遇到電閃雷鳴，井下中央變電所電線速斷保護啟動，不僅造成短路，而且致使變壓器跳閘，嚴(yán)重影響礦井正常供電。為了降低雷電對礦井架空線路的影響，本文針對礦井現(xiàn)場狀況，提出防雷改造技術(shù)方案，并制定安全防范措施，確保礦井地面110 kV架空線路免遭雷電電擊，進一步提高礦井供電系統(tǒng)安全。

圖1 2號變壓器毀損狀況

1 地面架空電線路情況

為了針對礦井提出可行技術(shù)，對煤礦地面110 kV架空電線進行了實地考察，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)1號風(fēng)井和主井旁的架空電線均有絕緣器被雷電擊損，多個架線的桿塔線路型避雷器被強電流造成損壞，損壞的絕緣器和避雷器如圖2所示。

圖2 架空線路經(jīng)雷電作用下的絕緣器和避雷器

根據(jù)煤礦值班記錄記載，110 kV變電站、風(fēng)井兩回路、主井輸入電線在2016年1月至2017年1月一年的時間內(nèi)受雷電影響，變壓器發(fā)生跳閘事故18次，短路電流發(fā)生11次，電流保護動作11次，110 kV架空線路短路7次，其中6～8月跳閘次數(shù)為14次，占總跳閘次數(shù)的77.77%。

為了有針對性地說明，以風(fēng)井兩回110 kV架空線路為例，架空線路在空間上布設(shè)為三棱柱。三相電線之間的兩兩距離為1.2 m，平均高度約為10.3 m，如圖3所示。礦井風(fēng)井的兩回110 kV架空線路是架設(shè)于地面相對平坦的地段，但是周圍較為空曠，易受雷電影響。雖然兩回110 kV架空線路兩端安設(shè)有避雷器，但是避雷效果較差，仍然發(fā)生了許多雷擊跳閘故障，致使風(fēng)機停止運行，給礦井供風(fēng)帶來了嚴(yán)重問題，由此說明風(fēng)機兩回110 kV架空線路防雷技術(shù)措施存在嚴(yán)重問題，亟待改造。

圖3 礦井安設(shè)的架空線路

2 防雷改造

2.1 防雷措施

煤礦地面架空電線路暴露在空氣中遭受雷擊類型如圖4所示，主要分為3類，分別為塔頂及其附近遭到雷擊、輸電線路遭到雷擊和距離地面較近受到雷擊影響[1]。

圖4 煤礦地面架空電線路遭受雷擊類型示意圖

煤礦地面的110 kV架空線路采用的是裸露導(dǎo)線傳輸，極易受直擊雷和感應(yīng)雷影響。每當(dāng)雷落入到架空線路上時，因為電磁感應(yīng)作用，造成架空電線路上產(chǎn)生高壓電，此高壓電基本是架空電線路110 kV的2倍甚至更高的雷擊過電壓，嚴(yán)重危害架空線路，擊壞絕緣器。每次當(dāng)雷電擊到架空電線路時，架空線電路本身對大地具有阻抗，但是受瞬時超大雷電流影響，架空電線路會對地面產(chǎn)生超大高電勢差，導(dǎo)致絕緣器被擊穿，輸電導(dǎo)線也被震斷。另外，架空電線路因為耦合作用，幅值較高的雷電波會沖擊損毀整個供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備[2-3]。

110 kV架空線電路防雷的總原則是：技術(shù)上得到保障，經(jīng)濟合理，既能減少受雷電影響，又能確保整個礦井供電系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)。根據(jù)雷擊類型和礦井地面架空線路實況，提出110 kV架空線電路“四道防線”措施。架空線路防止被雷電直接擊中，在整個礦區(qū)架空線路上安設(shè)避雷線；防止閃電作用，對架空線路進行改進，盡量減少裸露電線，減小架線的桿塔對地面的電阻；防止建弧影響，架空線路接地采用消弧線圈連接，并在架空線路上增設(shè)避雷器；防止整個礦井突然停電故障，增設(shè)自動化重合閘。綜上，借鑒別的礦井經(jīng)驗和現(xiàn)在較為成熟的供電技術(shù)，煤礦地面110 kV架空線電路防雷采取架設(shè)耦合地線、減小接地電阻、安裝避雷器、增加線路絕緣程度、安設(shè)自動化重合閘等措施，可以有效降低雷電對地面110 kV架空電線路的影響，減少受雷電跳閘、短路等頻率[4]。

2.2 防雷改造技術(shù)

根據(jù)煤礦110 kV架空電線路受雷電影響發(fā)生的故障，論文從安設(shè)避雷線、線路增設(shè)避雷器、降低桿塔與大地之間電阻3個方面提出了防雷改造方案。

（1）安設(shè)避雷線

在110 kV架空電線路上安設(shè)避雷線，避雷線具有防止雷電落在導(dǎo)線上的作用，可以屏蔽雷電對架空線路的電擊，其原理是將雷電上的電流直接引入大地。避雷線是與大地相互連接的，這樣有利于將桿塔上的雷電電流引入到大地中去，既起到了分流作用，又減小了架線桿塔與大地之間形成的電勢差，進而降低雷電對架線桿塔上的危害[5]。按照110 kV架空電線路上每根線路保護范圍標(biāo)準(zhǔn)，避雷線安設(shè)夾角應(yīng)與橫擔(dān)端部、中部形成一定夾角，此夾角為15°～35°比較適宜。查詢架空線路的導(dǎo)線規(guī)格以及配套要求，結(jié)合電學(xué)知識和力學(xué)特性，110 kV架空電線路上安設(shè)的避雷線選擇型號為GJ-40。地面110 kV架空電線路上通過安設(shè)避雷線，可大大降低電線和設(shè)備受雷電影響而產(chǎn)生的故障和危害。

（2）線路增設(shè)避雷器

礦井之前使用的是線路型避雷器，而且與絕緣器采用并聯(lián)的方式安設(shè)在其旁邊，一旦絕緣器遭受雷電擊穿，線路型避雷器也會遭受不同程度的損傷。地面110 kV架空電線路遭受雷電電擊時，雷電流通過架線桿塔部分流入到大地，而另外一些雷電流將會傳到周圍的桿塔。為了改善雷電流影響，選用型號為YH5WS-25/100的氧化鋅避雷器在地面110 kV架空電線路安設(shè)。該型號的避雷器優(yōu)勢在于可以在三相電中每根線路上均可以增設(shè)，不僅可以增強架空線抗雷水平，而且可以降低相應(yīng)設(shè)備免遭雷電危害。通過增設(shè)氧化避雷器，雷電流幅值被降低，線路上的絕緣器閃爍頻率降低，受雷電跳閘率降低了47%，顯著改善了地面110 kV架空電線路防雷特性。

（3）降低桿塔與大地之間的電阻

為了降低架線桿塔與大地之間的電阻，采用降阻劑來調(diào)節(jié)接地電阻。降阻劑是由強電解質(zhì)、水等導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)組成，不僅可以增大桿塔與大地的接觸范圍，還可以通過本身導(dǎo)電成分的擴散和滲透作用，減小與桿塔接地范圍內(nèi)的土壤電阻率[6-8]。本次改造采用TJ-05型降阻劑，該降阻劑具有無毒無害、腐蝕性低、使用壽命長等優(yōu)勢，而且價格便宜、施工方便，是降低桿塔與大地之間電阻的良好選擇。

3 制定安全措施及防雷改造應(yīng)用

煤礦供電穩(wěn)定性決定了礦井的生產(chǎn)和安全，為此，在110 kV架空電線路改造施工期間，特提出安全措施。在改造期間必須配備備用電源，一旦遇到緊急情況，立馬采用備用電源；安設(shè)漏電保護裝置，若發(fā)生短路等情形，漏電保護裝置立即響應(yīng)，確保供電安全；改造施工采取分階段、分線路施工，若遇到危險，需立即撤至安全地帶。總之，安全第一，確保質(zhì)量。

三相電線路絕緣子采用P-15T進行安裝保護，避雷的下方引線采用GJ-55型線，與大地連接的采用直徑為12 mm的鍍鋅圓鋼，并水平埋設(shè)于地下，埋深為1 m，110 kV架空電線路上每隔4個基礎(chǔ)桿塔之間增設(shè)一個與大地相連的防雷裝置。煤礦地面110 kV架空電線路采取防雷措施后的應(yīng)用如圖5所示。通過對地面110 kV架空電線路上安設(shè)避雷線、接地引線、防雷裝置和降阻劑，顯著降低了煤礦架空電線以及相應(yīng)設(shè)備受雷電的影響，跳閘、短路等頻率與改造之前顯著降低。

圖5 煤礦地面架空電線路防雷改造應(yīng)用

4 結(jié)束語

遇到雷雨天氣，不僅造成地面110 kV架空電線短路，而且致使變壓器跳閘，嚴(yán)重影響了礦井正常供電。為了降低雷電對礦井架空線路的影響，進一步提高煤礦供電安全，論文提出防雷改造措施。

（1）煤礦地面架空電線路主要為塔頂及其附近遭到雷擊、輸電線路遭到雷擊和距離地面較近受到雷擊影響，根據(jù)雷擊類型和礦井地面架空線路實況，提出110 kV架空線電路“四道防線”措施。

（2）根據(jù)煤礦110 kV架空電線路受雷電影響發(fā)生的故障，從安設(shè)避雷線、線路增設(shè)避雷器、降低桿塔與大地之間電阻3個方面提出了防雷改造方案。

（3）為了煤礦供電安全和穩(wěn)定，在110 kV架空電線路改造施工期間，提出安全保護措施。通過對地面110 kV架空電線路改造，降低了架空電線以及相應(yīng)設(shè)備受雷電影響，故障發(fā)生頻率與改造之前顯著降低。