淺談10kv集電線路防雷技術(shù)改造

馮永濤

摘 要：根據(jù)對(duì)10kv場(chǎng)集電線路經(jīng)常遭受雷擊造成線路和箱變、10kv開(kāi)關(guān)柜內(nèi)避雷器爆炸引起跳閘事故的跟蹤觀察和分析中發(fā)現(xiàn)，主要是由于雷電壓幅值的增大，從而使避雷器不能很好地限制雷電壓，導(dǎo)致部分雷電壓經(jīng)架空線侵入電氣設(shè)備導(dǎo)致雷擊事故的頻繁發(fā)生。并通過(guò)對(duì)各種解決方案的可行性分析，我們認(rèn)為加裝線路避雷針、避雷線是解決雷擊事故最為可行的方案，現(xiàn)就改造方案進(jìn)行說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：避雷針；避雷器；沖擊接地電阻；雷電壓

引言

目前，10kv輸配電線路按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都不安裝架空避雷線，只是在線路兩端裝設(shè)避雷器，如某風(fēng)電場(chǎng)共23臺(tái)風(fēng)機(jī)，利用4條10kv集電線路連接各個(gè)風(fēng)機(jī)后，將電能輸送至升壓站內(nèi)送出。原集電線路未架設(shè)避雷線線，只在架空引下電纜至風(fēng)機(jī)及升壓站的電纜分支桿、電纜終端桿處安裝有避雷器及接地引下線。

1 防雷保護(hù)裝置

1.1 110kv變電所電氣設(shè)備的直擊雷保護(hù)：變電所戶外的四周共配置避雷針兩只，均為塔式獨(dú)立避雷針，高約為30m作為變電所區(qū)內(nèi)的直擊雷保護(hù)。

1.2 110kv及10kv線路的直擊雷保護(hù)：根據(jù)規(guī)定，110kv線路一般沿全線架設(shè)避雷線，以起到沿線路的雷電侵入時(shí)的過(guò)電壓保護(hù)。10kv線路由于電壓等級(jí)較低不架設(shè)避雷線而只在風(fēng)機(jī)終端桿塔和箱變開(kāi)關(guān)系統(tǒng)側(cè)，各相設(shè)置型號(hào)為YH5WX-17/50避雷器一只，以滿足防雷保護(hù)和絕緣配合的要求。

2 原因分析

根據(jù)每年雷雨季節(jié)頻繁出現(xiàn)的線路雷擊故障可以分析出，該風(fēng)電場(chǎng)所處的區(qū)域是非常容易遭受雷擊。我們知道雷電流經(jīng)接地裝置泄放入大地時(shí)的接地電阻稱(chēng)為沖擊接地電阻。它包括接地線電阻和散流電阻。流散電阻主要由接地裝置的結(jié)構(gòu)和土壤電阻率決定，土壤的電阻率越高，流散電阻也就越高，沖擊接地電阻也就越大。當(dāng)雷擊桿塔的沖擊接地電阻越大，塔頂電位上升就越高，雷電壓幅值也就越大。即：雷電壓幅值隨沖擊接地電阻的增加而增加。因此，避雷器為限制雷電過(guò)電壓需要泄放的雷電流也就越大。本線路系統(tǒng)為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，在出現(xiàn)單相接地的情況下，允許帶故障運(yùn)行2h，可能出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓超過(guò)線電壓，經(jīng)計(jì)算對(duì)切除時(shí)間長(zhǎng)于10s的系統(tǒng)，避雷器額定電壓不小于17kv，也就是說(shuō)流過(guò)金屬氧化物避雷器的雷電流，隨雷電壓幅值增大而增大。通過(guò)對(duì)避雷器的放電分析認(rèn)為：由于雷擊產(chǎn)生的雷擊過(guò)電壓在線路上只有通過(guò)避雷器泄流的方式，來(lái)限制雷電感應(yīng)過(guò)電壓。當(dāng)避雷器實(shí)際泄流值超過(guò)了避雷器的額定泄流值時(shí)，便不能很好地限制雷電感應(yīng)過(guò)電壓，導(dǎo)致部分雷電感應(yīng)過(guò)電壓經(jīng)架空線侵入電氣設(shè)備導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生。如果，當(dāng)避雷器實(shí)際泄流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)避雷器的額定泄流值時(shí)，可能會(huì)引起避雷器自身的損壞，如燒毀甚至出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象。

3 方案分析

通過(guò)分析我們認(rèn)為防止雷擊事故發(fā)生的方法大致可以從兩方面考慮：（1）減小桿塔的沖擊接地電阻。（2）減小流過(guò)避雷器的雷電流。

3.1 方案一

通過(guò)減小桿塔的沖擊接地電阻來(lái)降低塔頂雷擊電位，從而達(dá)到減小雷電流實(shí)現(xiàn)防雷目的。但是桿塔的沖擊接地電阻不同于工頻接地電阻，它是在雷電流作用下接地裝置的接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般與土壤電特性、接地裝置形狀及深度有關(guān)。如果改善桿塔的沖擊接地電阻，可以對(duì)線路上出現(xiàn)的雷擊過(guò)電壓起到較好的泄流效果。

3.2 方案二

通過(guò)加裝避雷線可以大大減小線路被雷擊的概率。即使當(dāng)雷擊在線路上，避雷線也可以使部分雷電流通過(guò)避雷線流入大地，減少了避雷器的泄放電流，起到分流作用。從而使避雷器能很好地限制雷電感應(yīng)過(guò)電壓。但是加裝避雷線需要投入較多的費(fèi)用和較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成，同時(shí)必須將線路B相的導(dǎo)線由桿頂下移300MM。A、C兩相同時(shí)下移400MM。

4 改進(jìn)措施

4.1 本工程改造分三部分：

4.1.1 原10kv集電線路全線加裝接地支架并架設(shè)單根接地線，路徑長(zhǎng)度8.6KM。

4.1.2 原線路除電纜分支桿及電纜終端桿等已經(jīng)有接地裝置的27基桿外，其余電桿均裝設(shè)接地裝置。

4.1.3 改造電纜終端桿及電纜分支桿的接地裝置。

4.2 地線選型及防振措施

4.2.1 架設(shè)避雷線防雷是簡(jiǎn)單有效的防雷措施，本工程改造全線架設(shè)地線，地線型號(hào)選用GJ-35鍍鋅鋼絞線。

4.2.2 對(duì)地線的初伸長(zhǎng)對(duì)弧垂的影響采用降溫法進(jìn)行補(bǔ)償。

4.2.3 地線使用安全系數(shù)為6，不采用防振措施。

4.3 桿頭改造及地線支架安裝

4.3.1 直線桿的安裝

原直線桿導(dǎo)線為品字形排列，中相處于桿頂，為豎直支撐，上下層導(dǎo)線橫擔(dān)間距650MM，為加裝地線，需要增加地線支架安裝位置。故拆除上層中相導(dǎo)線抱箍，改為距桿頂300MM處安裝U型抱箍加角鋼的水平橫擔(dān)，并用針式絕緣子支撐導(dǎo)線。地線支架材料采用單根L75×8×2037角鋼。利用兩個(gè)間距300MM的U型抱箍及橫向角鋼固定于桿上。保持角度不大于300，避雷線利用接地引下線與接地裝置連接，接地引下線采用Φ12鍍鋅圓鋼。

4.3.2 耐張桿的安裝

耐張桿也需要上層中相導(dǎo)線下移處理，上層導(dǎo)線橫擔(dān)下移400MM后距桿頂600MM，在桿頂利用鋼管及錐型管做鋼帽形狀地線支架，支架頂部焊開(kāi)孔鋼板作為掛線板聯(lián)接耐張串。避雷線利用接地引下線與接地裝置連接，引下線采用Φ12鍍鋅圓鋼。

4.3.3 拉線的安裝

4.4.1 沿線地質(zhì)情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探及土壤電阻率測(cè)量情況，本工程沿線桿位以粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化礫巖、中等風(fēng)化礫巖為主，土壤電阻率普遍較高，以1000-3000Ω居多。

4.4.2 接地裝置形式

對(duì)于電阻率3000Ω.M以上的桿位，若考慮采用水平接地體連接模塊的方式，可能增加更多的成本，而且，10kv線路的檔距一般在50M，水平射線與相鄰桿塔的 接地射線已經(jīng)相連可以做為延續(xù)接地體。故可以利用相鄰的接地裝置相連的方式，以降低接地電阻率。

水平接地裝置安裝完畢溝內(nèi)回填時(shí)，應(yīng)盡量采用較好的 土質(zhì)進(jìn)行回填，回填土不應(yīng)夾有石塊和垃圾等，外取的土壤不得有較強(qiáng)的腐蝕性，回填后應(yīng)夯實(shí)。測(cè)量接地電阻時(shí)應(yīng)將接地裝置與引下線斷開(kāi)后進(jìn)行測(cè)量。

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