劉新民 河北鹿縣電力局
摘 要：本文介紹了35kV線路遭受雷擊后的危害。采用典型的防雷保護接線，在35kV線路變電站進出線段，架設避雷線，降低桿塔接地電阻; 在無避雷線段桿塔上裝設金屬性消雷器，這些避雷器防雷技術措施，可以使35kV線路免受雷擊的危害。
關鍵詞：大氣過電壓 避雷線 不平衡絕緣 金屬性消雷器 避雷器 自動重合閘
0 前言
農網35kV線路分布很廣，雷雨季節遭受雷擊機會很多。線路遭受雷擊有三種情況：一是雷擊于線路導線上，產生直擊雷過電壓；二是雷擊避雷線后，反擊到輸電線上；三是雷擊于線路附近或桿塔上，在輸電線上產生感應過電壓。無論是直擊雷過電壓還是感應過電壓，都使得導線上產生大量電荷，這些電荷以近于光的速度（每秒30萬公里）向導線兩邊傳播，這就是雷電進行波。
直擊雷過電壓，輕則引起線路絕緣子閃烙，從而引起線路單相接地或跳閘，重則引起絕緣子破裂、擊穿、斷線等事故，造成線路較長時間的供電中斷。雷電進行波順線路侵入到變電站，威脅電氣設備的絕緣，造成避雷器爆炸、主變壓器絕緣損壞等事故，直接影響了變電站的安全運行。為了提高供電的可靠性，減少因大氣過電壓造成的危害，對35kV架空線路應采取以下防雷保護措施。
1 選擇典型的防雷保護接線
防止35kV線路直擊雷和進行波最有效的方法是架設避雷線。但因雷擊避雷線時，避雷線上產生的電位相當高，35kV線路的絕緣水平承受不了這個高電壓，容易造成反擊，同樣會引起線路跳閘，同時避雷線線路造價又高，因此，35kV線路只在變電所進——出線段，根據變壓器容量，架設1~2公里避雷線，以限制流進避雷器的雷電流和限制入侵波的陡度。但變電所的閥型避雷器不允許通過太大的雷電流，一般不應超過5kA，再則通過閥型避雷器的雷電陡度也不允許太大，陡度太大亦即電壓上升速度太快，會使避雷器來不及放電，使避雷器沖擊電壓提高，從而作用在被保護物的電壓也提高了，這就容易破壞設備的絕緣。為了降低侵入波的峰值和陡度，35kV線路除架設避雷線外，限制侵入波峰值的辦法是在避雷線兩端桿塔上還加裝管型避雷器或保護間隙。為此，35kV線路和變電所要選擇典型防雷保護接線，如圖1所示：
圖1 變電站典型防雷保護接線圖
圖中：HY5W2-52.7/134型氧化鋅避雷器；
GB1-2-GXS（35/2-10）型管型避雷器。
GB1型的作用，當進線段外側無避雷線段線路受雷擊時，雷電波經過一段線路衰減后變形，陡度會降低，但仍很大，經GB1放電后，以降低侵入波的峰值和陡度；GB2的作用是：變電所是35kV雙回路供電時，一回路運行，另一回路熱備用時，斷路器處于斷開位置，當雷電波到達斷路器觸頭就會產生全反射，電壓可升高一倍，若沒有GB2保護，觸頭間介質將被擊穿，就會產生陡度的波侵入到變電所去，對具有線圈的電氣設備的匝間絕緣是很危險的。因此，就必須安裝GB2型管型避雷器或放電間隙。
2 35kV線路防雷保護的設計要求
2.1避雷線的選擇
2.1.1桿塔的選擇
帶地線的35kV線路，要選用定型的桿塔，以確定避雷線懸點高度和與導線間垂直距離h和避雷線的保護角α=tg-1S/h(度)。一般水泥雙桿h為3.25m-4m為雙根避雷線，鐵塔h為5.7m為單根避雷線，以滿足角α為20º~30º的要求。直線水泥雙桿ZMD避雷線保護角如圖2所示：
圖2 ZMD水泥雙桿避雷線保護角示意圖
2.1.2 避雷線截面S的選擇
避雷線截面和導線截面要適當配合：LGJ——35——70平方鋼芯鋁導線，選用GJ——25平方鍍鋅的絞線為避雷線，LGJ-95-185平方的導線，選用GJ-35平方的避雷線。
2.1.3 計算避雷線的應力和弧垂
適當選擇導、地線的安全系數K=計算拉斷力(N)/最大允許應力（N）。導線安全系數K為2.5-3；避雷線安全系數K為3.8-4，這樣選擇的目的是：避雷線的應力和弧垂與導線的應力和弧垂相配合，即滿足在大氣過電壓條件下，無風，氣溫為115℃時，在檔距中央，導、地線間最小距離SDB≥0.012LD+1（m）的要求，以防止避雷線受直擊雷時發生閃烙，造成事故。當導、地線間的垂直距離n已確定，在大氣過電壓條件下（V=0、b=0、t=15℃）時，線路耐張段最大代表檔距LD、導線的弧垂fD15、避雷線比載 g1B為已知時，避雷線在此條件下其應力σB15按下式計算：
σB15≥LDZ·gB1/8[h+fD15-(0.012LD+1)](N/mm2) (1)
σB15是在大氣過電壓條件下避雷線的使用應力，不是最大使用應力σBmax，以σB15和相應應力，不是最大使用應力σBmax，以σB15和相應氣象條件，代入狀態方程，分別求出最低氣溫t=-30℃和最大比載gB6或gB7時應力，選其中的大者作為避雷線的最大使用應力σBmax。以避雷線最大使用應力和相應控制氣溫為已知條件，可以求出避雷線的臨界檔距LBK，以確定控制條件：線路代表檔距LD>LKB時，受最大比載控制，tm=-5℃; LD<LKB時受最低氣溫控制，tm=-30℃。
以避雷線最大使用應力σBmax和相應的氣溫條件tm為已知，利用狀態方程式可以計算出各代表檔距LD，氣溫從40℃至-30℃每隔10℃時的應力σBt，再利用拋物曲線原理計算出避雷線的弧垂fBt：
fBt= LDZ·gB1/8·gBt (m) (2)
然后繪制避雷線弧垂安裝曲線，其方法：按一定比例，以代表檔距LD作為橫坐標，以弧垂fBt作為縱坐標，根據計算結果，每隔10℃繪制成一條曲線，共七條曲線，作為避雷線施工緊線時查用。
2.1.4降低避雷線桿塔的接地電阻
帶架空地線的桿塔，避雷線要可靠接地。降低避雷線桿接地電阻R是提高線路耐雷水平反擊的有效措施。桿塔的接地裝置，可用φ-10圓鋼用方環型另加幅射方式布置，埋深不小于0.7m。水泥桿避雷線接地引下線，一般用GJ-35平方鋼絞線與接地裝置相連，不可用預應力水泥桿內的配筋作為接地引下線。設計允許的留有接地孔螺栓的水泥桿非預應力配筋，可作為接地引下線。
雷雨季節前，每基桿塔接地裝置的工頻接地電阻值，應使用ZC—8型接地測量儀測試桿塔基礎土壤電阻率ρ后再決定R值：ρ=2πσR(Ω·m) (3)
式中：R——測試儀讀數，Ω；
σ——四根金屬探測棒等距離，m;
桿塔工頻接地電阻值不超過表值：
表1 桿塔接地電阻值
|
工頻電阻率(歐·m) |
100以下 |
100-500 |
500-1000 |
1000-2000 |
|
工頻接地電阻(歐) |
10 |
10 |
10 |
10 |
2.2提高線路絕緣水平采用不平衡絕緣方式
35kV系統屬于中性點不接地系統，線路受雷擊引起大氣過電壓，多數引起單相閃烙接地，而不會引起開關跳閘，只有引起兩相絕緣子閃烙后，形成弧光接地短路，才能引起線路開關跳閘。因此只要加強線路絕緣水平，就不會引起開關跳閘，因此最好選用免維護的35kV硅膠絕緣子串。
在無避雷線地段，其桿型為上字型三角排列的直線桿塔，中相安裝三片XP-7型懸式絕緣子，而兩邊相安裝4片XP-7型絕緣子，造成絕緣差異。當線路受雷擊過電壓時，中相絕緣較低，先閃烙放電接地，閃烙后的中相導線相當于一條接地線，增加另外兩邊線的耦合作用，使之邊相不再發生絕緣閃烙，就不會引起弧光短路使線路開關跳閘。
2.3 桿塔上安裝少一長針金屬消雷器
在山腳下，河邊無避雷線的桿塔，因土壤電阻率較高，最容易受直擊雷。在桿塔頂部安裝少—長針金屬消雷器可以使桿塔免受直擊雷的危害。對直線單桿安裝一付，雙桿安裝兩付，并用GJ-35鋼絞線可靠接地，接地電阻值不超過表1值。少一長針消雷器：長針用φ14×2000（mm）圓鋼五根，針尖錐度越尖越好，均勻水平排列焊接在250×5×3000（mm）角鋼上，用Φ18U型抱箍固定在桿頂上。
近幾年，在易受雷擊的桿塔上，中相安裝35kV氧化鋅避雷器，也能起到防雷作用。
2.4 35kV線路采用自動重合閘裝置
前幾種防雷保護，只對較小雷電流有效，對特大雷電流還是無能為力的，為此35kV線路采用自動重合閘作為補救措施。當線路受到雷擊引起相間短路，保護動作使開關跳閘，經一段時限，自動重合閘使開關重新合閘。如果故障消除，線路可恢復供電，否則由保護再次使開關跳閘。運行經驗表明，線路受雷擊在電弧熄滅后，其電氣強度一般都能很快恢復，因此采用自動重合閘時，有60~75%的雷擊跳閘事故都能重合成功恢復供電，這對保證安全供電起很大作用。
3 搞好線路的施工工作
搞好新建線路的緊放線工作，是保證導、地線弧垂相配合的關鍵。在連續檔距架設導、地線工作，其弧垂大小要根據現場氣溫t，查看本工程設計的導、地線弧垂安裝曲線，不能采用氣象區不同、安全系數不同的其它工程的導、地線弧垂安裝曲線。要選擇適當弧垂測檔距LC。若觀測檔距LC與本耐張段的代表檔距LD不等時，則應根據代表檔距查出安裝曲線的弧垂值，然后折算到觀測檔距，折算公式為：
fC=fD（LC/LD）2 （m） （4）
式中：fC——觀測檔距實際應取的弧垂，（m）；
fD——用耐張段的代表檔距LD從弧垂曲線查得弧垂，（m）;
Lc——觀測檔檔距，（m）;
LD——觀測檔在耐張段的代表檔距，（m）
連續檔緊線，導、地線的弧垂還要考慮初伸長的的影響，可用降溫補償法，對鋼芯鋁導線降溫△t-15℃;對鋼絞線降溫△t=10℃。降溫后溫度t’=t-△t,去查弧垂曲線，所查出的弧垂即為降溫補償之后代表檔距的弧垂fD。對于弧立檔導、地線緊線時，不考慮初伸長影響。
溫度對導、地線的弧垂影響很大，現場測溫應將溫度計放置在與導、地線接近的地方。過去溫度計放置在通風陰暗處，所測溫度與導、地線直曬溫度偏低，影響了弧垂。
對于只更換導線截面不更換避雷線的線路改造工程，避雷線的弧垂應根據新導線在大氣過電壓條件下的應力，弧垂重新進行計算，按新計算的弧垂重新調整避雷線的弧垂。
新線路完工后，要對每個耐張段的導、地線弧垂值進行驗收，按弧垂曲線標準，其誤差值不允許超過規定值，否則垂新調整弧垂。
4 搞好線路的維護工作
新線路投入運行后，由于桿塔接線的松動，基礎下沉等原因，都會使桿塔發生傾斜，使導、地線的弧垂發生變化，因此應定期對導、地線的弧垂進行檢查，發現超過誤差標準應進行調整。
由于天氣干旱，使桿塔基礎土壤電阻率增加，因此每年在春季干旱季節，應對每基桿塔（不連避雷線）的工頻接地電阻進行測試，其值不超過表1規定值，超過時應延長接地裝置的接地圓鋼，或打接地角鋼，使接地電阻值達到標準要求。
運行線路上瓷質絕緣子，因長期處在交變的電場中，絕緣性能會逐漸下降，在受到雷擊大氣過電壓或操作過電壓時就會發生閃烙、擊穿、絕緣可能降為零值。因此，應定期進行巡視檢查，每年應進行一次仃電登桿檢查，清掃絕緣子片，發現有放電、擊穿的絕緣子應進行更換。對運行多年的絕緣子應在仃電的情況下，用不低于5000V的兆歐表進行測定，當絕緣子的絕緣電阻小于500MΩ時，即認為絕緣子不合格，應進行更換。搖測方法：線路先分段，再分串、分片進行，測出不合格的絕緣子片。
5 結束語
我局有35kV線路13條210公里，在農網改造期間，我們按上述防雷保護措施對35kV線路進行技術改造，提高了線路質量。農網改造后，加強了對35kV線路的運行管理工作，經幾年雷雨季節，從未因大氣過電壓發生過跳閘事故，供電的可靠性達到100%，已收到良好的經濟效益和社會效益。
