廣播電視轉播站防雷電保護技術實踐

劉 軍，葉建茹，姬苗飛，何小蘭

（榆林市廣播電視中心，陜西 榆林 719000）

0 引 言

湖北某市一電臺位于山邊。轄區(qū)年平均雷雨日達45天，為多雷區(qū)。電臺長期受到雷電災害的影響。從地區(qū)的閃電活動情況來看，架空線路和輸電塔架后，因空間電場的失真而誘發(fā)了更多的雷擊，其原因是10 kV配電網的避雷器經常遭到雷擊。對此，技術人員對中繼臺配電網進行了實地調研和實地測試，對其目前的避雷技術問題進行了剖析，并提出了相應的改造方案。

1 轉播站供電系統(tǒng)簡介

10 kV配電線路是為中轉臺提供電力的專用線路，線路長度1 km，共18號桿塔。兩端桿塔為抗拉棒，其余為直桿，直棒為P10型，抗張棒為懸掛型絕緣子。除了首一級鐵塔至變壓器的高壓端使用LGJ-16型導線以外，其余部分使用LGJ-25型導線，并在各線路的末端設置一套墜落式保險絲。目前所用的變壓器是一種30 kVA的油浸普通變壓器，安裝在兩根排水管柱上，與中繼臺相鄰。變壓器的高壓一側裝有一套避雷裝置。

2 存在問題分析

2.1 線路絕緣配合不合理

根據現場調查，10 kV配電線路全部為P10型絕緣子。經實驗室測試，發(fā)現P10型絕緣子的U50%放電電壓為132.74 kV，而國標規(guī)定的10 kV變壓器的全波雷電沖擊耐受值為75 kV。測試數據表明，10 kV線路的衰減特性隨頻率的變化而變化，在低頻段的衰減明顯小于高頻段，在架空轉地纜或地纜轉架空線處的衰減較大。高壓直流輸電線路絕緣配合的設計是為了解決桿塔和線路高度中心之間可能存在的所有間隙，包括控制塔、導雷導線、導地以及不同極性導線之間的絕緣選擇和相互配合，具體內容是：根據不同的工程和大氣條件，選擇絕緣子類型，確定絕緣子串的數量，確定塔頭的氣隙、極性導體之間的距離等，以達到直流線路的合理絕緣水平。

我國地形復雜，線路多樣，電網在維護過程中經常進行線路改造、負荷調整等操作，使得10 kV線路之間的關系發(fā)生變化。電壓等級越高，地理位置越靠近城市中心，軌交線路越多，距離越近，變壓器中性點的雜散電流平均值越大，偏磁影響越大。通過這種方式，10 kV輸電線路的閃電過載幅度可以超過200 kV，嚴重危及電力系統(tǒng)的安全，嚴重時還會造成電力系統(tǒng)中的電力變壓器等設施的不安全運行。根據經驗，輸電線路周圍的閃電越多，閃電離傳輸線路越近，發(fā)生雷擊的概率就越大[1-2]。

2.2 桿塔接地電阻過大

技術人員對9類配電線路的塔架進行了抽樣，利用三級方法對其進行了測試，結果如表1所示?？梢园l(fā)現桿塔接地電阻過大，導致作業(yè)人員無法進行帶電作業(yè)。接地電阻過大是一個很大的問題，如果不能及時發(fā)現并及時調整，可能會造成大范圍的停電事故。接地電阻越高，地電位越高，給電力系統(tǒng)和人身安全帶來極大的威脅。

表1 桿塔接地電阻測量值

2.3 發(fā)射塔接地電阻過高

根據實際檢測，該發(fā)射塔接地電阻過高，接地阻值為20 Ω，具有很大的安全隱患。此外，中繼臺還存在臺區(qū)表異常、相位角異常、用電異常等異常情況。

根據《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB 50057—2010）的有關標準，重點發(fā)射臺或微波中心基站的接地電阻應低于或等于5 Ω，而普通中繼臺要低于或等于10 Ω[3]。當出現電擊時，因其高的接地電阻和較高的電壓，極易引發(fā)反向故障。當其短路時，故障電流的方向和大小都會發(fā)生變化，從而增加其與系統(tǒng)之間的配合難度，從而影響其保護性能。這些問題往往會導致系統(tǒng)性能下降，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性[4-5]。

2.4 變壓器低壓側未安裝避雷器

經實地考察，技術人員發(fā)現10 kV配中繼臺的低壓端沒有避雷器保護。在該地區(qū)，閃電活動強烈，如果變壓器的低壓端沒有避雷裝置的防護，那么，雷電的過電壓就會傳遞到變壓器上，并以“正變換”方式破壞，同時又會入侵到中繼臺的中繼臺，造成低壓控制裝置被破壞。而且當輸電線路遭受雷擊，產生的雷電波還會沿著線路傳輸到中繼臺，從而進一步引發(fā)重大事故。變壓器是電力系統(tǒng)的關鍵設備之一，同時也是最容易發(fā)生故障的設備之一。變壓器低壓側未安裝避雷器，會影響裝置的正常運行[6-7]。

3 改造措施

3.1 絕緣子并聯(lián)加裝可調式過電壓保護間隙并設置特殊進線段保護

PKJ-10P可調過壓保護器與10 kV線路絕緣子串并聯(lián)，調節(jié)空隙的50%放電電壓，使其達到90%～95%。采用可調過電壓保護器對絕緣子進行保護，使雷擊接地電弧通道遷移，減少了線路的雷擊建弧率，從而減少了雷擊跳閘的發(fā)生[8]。結果表明，在120.11 kV的沖擊下，絕緣子沒有出現閃絡，且放電通道位于可調節(jié)保護間隙的球狀電極之間。從表2可以看出，間隔122.9 mm的可調過電壓保護設備可以用于10 kV架空配電線路。將其設在線路進轉播站的5號桿塔，是一種特殊進線段保護，即由5級開始，逐步減小過電壓保護器的工作間隔，直至終端桿與轉播站的備用絕緣狀態(tài)一致，并與配電變壓器的高壓側的避雷器配合使用。通過分析終端塔架與6號塔架之間的防護間隙差異，逐步調整防護間隔間距。

表2 P10絕緣子并聯(lián)可調式保護間隙試驗數據

3.2 對進線段桿塔接地進行沖擊優(yōu)化

由于該站位于峰頂，土壤電阻較高，進線桿塔接地電阻較大。為避免進線發(fā)生雷擊，必須對進線區(qū)頭5號桿進行接地。具體的改造措施是：從主網鋪設12 mm的鍍鋅圓鋼到進線的前5級桿塔，深度為0.8 m。同時，在進線區(qū)內5號桿的橫擔上，將12 mm直徑的鍍鋅圓鋼焊成接地引下線，并與新鋪設的鍍鋅圓鋼進行可靠的焊接。

3.3 對發(fā)射塔接地進行沖擊優(yōu)化

通過實地測試，發(fā)現在發(fā)射臺周圍地區(qū)的接地電阻很高，很難把接地電阻降到達標。通過分析地面上的雷電分布特性和發(fā)射臺的特點，對接地器的結構進行了優(yōu)化，使沖擊的阻抗最小，提出了以下改進方案。

（1）在距發(fā)射臺4個角落1 m的地方鋪上50×5的平面鋼板，然后在距該環(huán)型地平面網外環(huán)2 m的地方設置一個圓形的橫向地線，并將其邊緣改變?yōu)閳A形，以防止尖銳的角度產生放電。依據地勢條件，在右側兩座塔基礎上各設2條輻射帶，長15 m，扁鋼板深度1 m。

（2）采用50×5的扁鋼將兩個環(huán)狀接地網片相距5 m處相連。對于橫向接地體，可在基坑挖好后進行橫向接地體的埋設與焊接。

（3）先用黏土充填約0.3 m，然后用原來的土壤充填到地表。

進行三級法檢測后，檢測發(fā)射臺的接地電阻，最終得到阻值為8.4 Ω，滿足了規(guī)范的要求。

3.4 變壓器低壓側加裝避雷器

在變壓器的低壓端裝有一臺低壓避雷器，該裝置在低壓端出現閃電過壓時，能夠快速將電流通過高壓引入地面，既能對高壓線圈起到防護作用，又能避免電流對低壓電器造成損壞。

4 結 語

盡管近幾年廣播電視轉播站的選址和施工都充分顧及到了雷電災害的可能性和危害，把防雷減災工作列為廣播電視轉播站的建設、運行與管理工作的重中之重，但是，我國廣播電視轉播站的數目較多，地理分布較廣，因此各臺站防雷減災工作的水平和能力參差不齊。對于廣播電視轉播站出現的閃電，針對其可能產生的各種風險因素，必須掌握其潛在的危險。此外，相關主體要加強對廣播電視轉播站防雷、抗震、建設等多方面的保護，以保證其安全與穩(wěn)定。