10 kV架空線路雷擊斷線的實(shí)用解決方案

陳志文，蔣大偉

(1.恒皓聯(lián)能源建設(shè)有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000；2.淮安新業(yè)電力建設(shè)有限公司楚明分公司，江蘇 淮安 223000)

10 kV架空線路雷擊事故中，雷擊斷線事故是最為嚴(yán)重的事故之一。本文防雷方案采用以避雷線為主保護(hù)，防雷絕緣子或線路過電壓保護(hù)器為后備保護(hù)。通過架空地線、防雷絕緣子或線路過電壓保護(hù)器將直擊地線或繞擊、反擊導(dǎo)線的雷電流就地引入大地，減少雷電流影響范圍及雷電過電壓范圍，以解決線路防雷問題。

1 接地材料設(shè)計(jì)方案

接地方案示意圖，如圖1所示。

圖1 接地方案示意圖

根據(jù)GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》桿塔的最大工頻接地電阻為10Ω。

根據(jù)GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》（第四版），在土壤電阻率為100Ωm時(shí)，水平接地鐵-40×5×5000，垂直接地鐵L 50×5×2500（2根），工頻接地電阻約為10.5Ω。

考慮到淮安地區(qū)土地潮濕，多以粘土、田園土為主，根據(jù)GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》土壤電阻率僅為50～60Ωm，工頻接地電阻據(jù)公式推算約為5.48Ω，可滿足要求。根據(jù)鍍鋅接地鐵年平均最大腐蝕速率，本接地極保證30年以內(nèi)厚度不低于3 mm。若按一般典型設(shè)計(jì)水平接地鐵采用-40×4×5000，則可保證15年以內(nèi)厚度不低于3mm。根據(jù)公式腐蝕速率對(duì)接地電阻影響可不計(jì)。

2 桿上防雷材料設(shè)計(jì)方案

桿上防雷設(shè)計(jì)方案示意圖，如圖2、圖3所示。

圖2 單回路桿上防雷材料設(shè)計(jì)方案示意圖

圖3 雙回路桿上防雷材料設(shè)計(jì)方案示意圖

2.1 電氣參數(shù)計(jì)算

根據(jù)GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》，桿塔上地線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角宜采用20°～30°。

導(dǎo)線與地線在檔距中央的距離不滿足S≥0.012L+1的要求，但由于10 kV線路桿塔低，60 m以下的導(dǎo)地線間距要達(dá)到1.72 m，且由此設(shè)計(jì)的桿頂防雷支架過重，人工安裝不切實(shí)際無法做到。

因?yàn)榛窗驳貐^(qū)不是重冰區(qū)且10 kV線路檔距小弧垂小，不存在嚴(yán)重的線路脫冰跳躍，且線路多已實(shí)現(xiàn)絕緣化改造，本文方案采用GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》中表6.0.9規(guī)定，取值＞0.45m，本文方案地線與上導(dǎo)線間最小間距約為1 m。海拔不須校正?？紤]到鐵附件受力問題，避雷線按《國家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)10 kV架空線路分冊》（2016版）采用35 mm2鍍鋅鋼絞線。

2.2 鐵附件結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算（簡算）

10 kV配電網(wǎng)鐵附件一般采用Q 235鋼制造。本方案斷線工況為最危工況，水平風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩及剪力、偏心扭矩等數(shù)值不大。避雷線支架采用L 80×8角鋼時(shí)最重部件約20 kg，采用L 100×10角鋼時(shí)最重部件約28 kg，此重量已達(dá)人力安裝極限。

根據(jù)材料力學(xué)公式及熱軋等邊角鋼參數(shù)，采用L 80×8角鋼時(shí)可承受最大彎矩M=2223Nm，采用L 100×10角鋼時(shí)可承受最大彎矩M=4357Nm。

GJ-35鋼絞線截面積為37.15mm2，外徑為7.8mm，計(jì)算拉斷力為45472 N，彈性系數(shù)為181423 N/mm2，線膨脹系數(shù)為11.5×10-6（1/℃）。

根據(jù)GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》直線桿地線斷線張力取最大使用張力的20%，耐張桿地線斷線張力取最大使用張力的70%。出于安全考慮，本方案驗(yàn)算時(shí)多考慮一個(gè)機(jī)械強(qiáng)度安全系數(shù)，取值1.5。

GJ-35鋼絞線的安全系數(shù)各地區(qū)取值不一，一般會(huì)取值為7～12。

當(dāng)采用L 80×8角鋼時(shí)，斷線時(shí)根據(jù)可承受最大彎矩推算GJ-35鋼絞線的架線安全系數(shù)：直線桿≥8，直線耐張桿≥25。

當(dāng)采用L 100×10角鋼時(shí)，斷線時(shí)根據(jù)可承受最大彎矩推算GJ-35鋼絞線的架線安全系數(shù)：直線桿≥4，直線耐張桿≥13。

若90°轉(zhuǎn)角桿處無法設(shè)置拉線（如圖4所示）時(shí)，L 80×8角鋼的鋼絞線架線安全系數(shù)≥36，L 100×10角鋼的鋼絞線架線安全系數(shù)≥18。

圖4 90°轉(zhuǎn)角桿不設(shè)置拉線最惡劣工況示意圖

為了保證安全可以適當(dāng)放寬鋼絞線架線安全系數(shù)，比如采用20，此時(shí)鋼絞線弧垂仍然小于導(dǎo)線，故在無法設(shè)置拉線的情況下，將GJ-35鋼絞線的架線安全系數(shù)改為20是合理的。

例如：當(dāng)安全系數(shù)取20時(shí)，冰厚5 mm條件下。檔距60 m、40℃時(shí)，GJ-35鋼絞線的弧垂為1.22 m，JKLYJ-10/240（k=5）導(dǎo)線弧垂為1.619 m，JKLYJ-10/150（k=5）導(dǎo)線弧垂為1.964 m。外過等其他氣象條件結(jié)果一樣。但當(dāng)安全系數(shù)≥36時(shí)鋼絞線弧垂將大于導(dǎo)線，會(huì)惡化導(dǎo)地線在檔距中央處的絕緣間隙及地線保護(hù)角。因此耐張桿不應(yīng)采用L 80×8角鋼做避雷線支架。

90°轉(zhuǎn)角桿不設(shè)置拉線工況應(yīng)當(dāng)盡量避免，在此工況下架設(shè)避雷線時(shí)，應(yīng)采用角鋼抗彎截面系數(shù)大的受力方向，圖4方案為角鋼抗彎截面系數(shù)最小的受力方向，是最不可取方案。由此直線桿采用L 80×8角鋼，耐張桿采用L 100×10角鋼做避雷線支架是最佳方案。

3 結(jié)束語

本方案在雷直擊避雷線時(shí)，可將雷電流就地引入大地，不再燒灼導(dǎo)線。雷繞擊或反擊導(dǎo)線時(shí)，通過防雷絕緣子或線路過電壓保護(hù)器將雷電流就地引入大地，并減少線路斷路器雷擊跳閘概率。通過此兩道防護(hù)，減少10 kV線路雷擊斷線或雷擊跳閘概率，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。