35kV架空線路防雷措施分析

摘 要：雷電對35kV架空線路的安全運行危害很大。文章結合劉田莊-下寨35kV架空線路改造的經驗，對比改造前后的防雷效果，提出增設避雷線、降低桿塔接地電阻、裝設線路用避雷器、加強絕緣等防雷措施。根據線路的具體情況，對各種防雷措施進行了分析。

關鍵詞：35kV架空線路；防雷措施；避雷線；接地電阻；避雷器

架空線路地處曠野，遭受雷擊的概率很高。35kV架空線路一般僅在進出線兩端的1-2km范圍內架設避雷線，中間部分無避雷線、避雷器等防雷措施，線路絕緣水平低，接地裝置簡單，接地電阻較高，尤其在地勢較高的地方，雷擊桿塔概率更高，所以應針對線路的具體情況采取有效的防雷措施，從而減少雷擊事故，保證線路安全運行。

1 架空線路的感應雷過電壓

架空線路上出現的雷電過電壓有兩種，一種是雷擊線路附近地面或接地的桿塔塔頂時，由于電磁感應在絕緣導線上產生的感應電壓，稱為感應雷過電壓；另一種是雷擊于線路時雷電流流過被擊物體的阻抗產生的壓降，稱為直擊雷過電壓。劉田莊-下寨35kV架空線路（以下簡稱劉下線）處于丘陵地區，年均雷暴日39.6d，屬中雷區。改造前劉下線采用的是單桿，單根避雷線，只在進出線段架設了避雷線，桿塔多處于坡頂，容易遭到雷擊；改造后采用雙桿、雙避雷線，桿型如圖1所示。

圖1 桿型圖

當雷擊點離線路的距離S>65m時，由于雷擊地面時雷擊點的自然接地電阻較大，雷電流幅值IL一般不超過100kA。導線上感應雷過電壓最大值Ug=25ILhd/S，式中：IL為雷電流幅值，kA；hd=11.87-2f/3，為導線平均高度，m；S為雷擊點與線路之間的距離，m；f為導線弧垂，m；因本線路最大檔距<200m，取f=3m。Ug=379.6kV，這可能引起35kV線路閃絡。因避雷線與導線的耦合作用，U'g=Ug（1-k0）式中：k0為導線與避雷線間的幾何耦合系數，計算得0.304；U'g=264.2kV。

當雷擊點離線路更近，雷擊實際上會被線路吸引而擊于線路自身。由于避雷線屏蔽作用，導線上感應雷過過電壓最大值Ui=ahd（1-hgk/hd），式中：a=IL/2.6，為感應過電壓系數， kA/μs；hg=15.12-2f/3，為避雷線平均高度，m；k=k0×k1，為導線與避雷線間的耦合系數；k1電暈校正系數，雙避雷線35kV線路取k1=1.1。Ui=339.5kV。

2 防雷措施分析

2.1 增設避雷線

從上文計算可以看出，避雷線可以防止雷電直擊導線而產生極高的過電壓；利用導、地線間的耦合作用可以降低線路絕緣承受的電壓；對導線起屏蔽作用，可以降低感應電壓。避雷線還有分流作用，減少流經桿塔入地的電流、降低塔頂電位。在改造前，劉下線有3基處于丘陵的坡頂的桿塔，在雷雨季節經常發生雷擊事故，改造后，目前處于丘陵的坡頂的桿塔未出現雷擊事故。

雷電過電壓氣象條件下，應保證檔距中央導線與避雷線間的距離S≥0.012L+1。式中：S為檔距中央導線與避雷線間的距離，m；L為檔距，m。35kV架空線路桿塔避雷線對邊導線的防雷保護角一般采用20°-30°，因保護角越小，避雷線對導線的屏蔽效果越好，發生繞擊的概率也越小，改造后本線路桿塔防雷保護角為θ=arctan（1240/3250）≈20.88°。桿塔上兩根避雷線間的距離不應超過導線與避雷線間垂直距離的5倍。高桿塔或雷害比較嚴重地區，可采用負保護角或加裝其他防雷裝置。

2.2 降低桿塔接地電阻

對于一般線路，降低桿塔接地電阻是降低塔頂電位、提高耐雷水平以及減少反擊概率的最經濟有效的措施。因接地電阻不良而形成較高的接地電阻，會使雷電流泄放通道受阻。降低桿塔接地電阻措施：（1）增加水平射線的長度或根數，增加根數時，總根數不宜超過6～8根，盡量對稱布置，以減弱屏蔽效應；（2）使用降阻劑或適量換土。本工程桿型的耐雷水平與接地電阻關系見圖2，可見降低接地電阻能夠大幅度提高耐雷水平。

圖2 不同接地電阻時線路的耐雷水平

避雷線與接地體必須有可靠的電氣連接。通過電桿內部鋼筋接地，有時因電桿加工質量或長期的銹蝕，容易造成虛接，使雷電流泄放通道受阻，即使良好的接地體也不能發揮作用。為防止這一現象發生，改造后劉下線沒有通過電桿內部鋼筋接地，而是在電桿外部用接地引下線直接與接地體相連。丘陵地區土壤電阻率變化比較大，同一基桿塔在不同的方向上測得的土壤電阻率相差很大，應多次測量，確保接地電阻值滿足最低要求。在雷雨季節，當地面干燥時，每基桿塔工頻接地電阻不宜超過表1所列數值。

表1 桿塔的最大工頻接地電阻

2.3 裝設線路用避雷器

線路型氧化鋅避雷器具有流通容量大、質量輕、運行維護量小等特點，其并聯在線路絕緣子兩端，可以限制線路上的雷過電壓和操作過電壓，提高線路耐雷水平。當線路遭受雷擊時，雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，避雷器的殘壓低于絕緣子串的50%放電電壓，即使雷擊電流增大，避雷器殘壓稍有增加，絕緣子仍不會發生閃絡。劉下線第35號、36號桿塔上裝設了YH5WX-51/134型的氧化鋅避雷器，極大的提高了線路的抗雷擊性能。根據以往經驗，線路型避雷器可安裝在：（1）雷電活動強烈且雷擊跳閘率高的桿塔上；（2）土壤電阻率高，降低接地電阻有困難桿塔上；（3）經常出現繞擊現象、存在弱絕緣的桿塔上。

2.4 加強絕緣

架空線路在遭受雷擊時，雷電流超過線路耐壓水平，導致絕緣破壞，發生沖擊閃絡。增加絕緣子串片數可以提高線路的耐雷水平。但其投資較大，并且大量的試驗數據表明，絕緣子串的雷電沖擊閃絡電壓和絕緣子的型式關系不大，而主要取決于串長。一般不按雷電過電壓的要求選擇絕緣子串的絕緣子強度，但應根據已選定的絕緣子水平來檢驗線路的耐雷水平。改造前劉下線直線桿采用的是S-280型瓷橫擔，改造后采用3片XWP-70型懸式絕緣子串。

2.5 其他幾項措施

2.5.1 裝設自動重合閘

當雷電流很大的時候，線路受到雷擊仍然會引起相間短路，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。由于線路絕緣具有自恢復性能，大多數雷擊造成的沖擊閃絡和工頻電弧在線路跳閘后能夠迅速離去，所以自動重合閘成功率較高，據統計，35kV及以下線路為50%～80%，因此，應盡量裝設自動重合閘。

2.5.2 采用不平衡絕緣方式

因線路走廊資源緊張，同桿架設的雙回線路日益增多，對此類線路可采用不平衡絕緣方式來降低雙回線路雷擊同時跳閘率。

2.5.3 采用接地模塊

對于雷電活動強烈、接地電阻又難以降低的地區，可考慮采用接地接地模塊，我供電公司轄區北部某35kV線路，地處山區，經過換土，加降阻劑等措施，接地電阻依然很高，最后采用了接地模塊，取得了良好的效果。

3 結束語

防雷是一個很復雜的問題，35kV架空線路采用什么防雷措施，需從多方面分析，例如線路經過地區雷電活動的強弱、地勢高低的特點、桿塔的高度、土壤電阻率的大小等，并結合本地線路的運行經驗，根據技術經濟比較的結果，采取合理的防護措施，將雷害減少到最低限度。

參考文獻

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作者簡介：母健（1982-），男，河北省秦皇島市盧龍縣，本科，工程師，現從事電力勘測設計工作。