MEG水電站35 kV輸電線路防雷技術研究與治理

薛玉林，曾義昌

(中電建水電開發集團有限公司，四川成都 618000)

MEG水電站35 kV輸電線路防雷技術研究與治理

薛玉林，曾義昌

(中電建水電開發集團有限公司，四川成都 618000)

闡述了35 kV輸電線路防治雷電過電壓的現狀、技術研究及治理措施，可以增進讀者對35 kV輸電線路雷電防護技術的應用與了解，特別是線路型避雷器在35 kV輸電線路的成功應用值得推廣。

防雷；線路型避雷器；研究；治理；推廣；MEG水電站

1 概述

MEG水電站地處川西高原，35 kV輸電線路作為MEG水電站生態機組電能的輸送通道采用了單回架空線路設計，全長15．587 km，接入MEG水電站后經1#主變壓器升壓至500 kV并入四川電網運行。MEG水電站35 kV輸電線路設計海拔為1 850～2 850 m，共有38基桿塔，線路采用LGJ－120/25型鋼芯鋁絞線為導線，采用GJ－35型鍍鋅鋼絞線為地線。線路導線耐張串、直線串、跳線串均采用4片U70BP瓷質絕緣子，全線架設單根避雷線進行防雷保護，架空導線三角形排列，地線采用直接接地方式。

2 存在的問題

該線路自2012年10月投運以來，多次發生雷電過電壓，不同程度地引起了線路跳閘和PT設備損壞等事故，給電站的生產、財產和安全造成不同程度的影響及損失，因此，對MEG水電站35 kV輸電線路雷電過電壓防護進行技術研究、治理勢在必行。

3 雷電過電壓防護現狀研究

依據GB/T 50064－2014《交流電氣裝置的過電壓保護與絕緣配合設計規范》要求，過電壓保護設計包括線路雷電繞擊、反擊或感應過電壓以及變電站直擊、雷電侵入波過電壓保護的設計。規范要求防止雷電過電壓的措施有架設避雷線、降低桿塔的的接地電阻、架設耦合地線、加強絕緣強度、安裝避雷器等措施。筆者通過對設備現狀進行分析后確定防護措施。

3．1直接雷防護現狀研究

當雷電直接擊中導線或繞過避雷線擊中導線時，導線上會出現較高的過電壓，使絕緣子發生閃絡，引起導線對地短路。MEG水電站35 kV輸電線路全線采用單根架空避雷線進行直擊雷保護，單根避雷線與B相(中導線)呈上下排列。特別是36#水泥桿，桿高約12m，避雷線距B相線的垂直距離約為0．5 m，距A、C相線(邊導線)水平距離約為2．55 m。經計算，該避雷線能保護A、B、C相線，但由于避雷線及相導線隨坡布設，各線下垂度不一致且避雷線會隨風搖擺且擺動幅度不確定等原因，可能會導致避雷線對A和C相線不能完全保護。

計算過程如下:

將避雷線看成多個單根避雷針的集合，按照單根避雷針的保護半徑進行計算，可知:

單根避雷針在hx高度的保護半徑應按式(1)進行計算:

式中 rx為避雷針在hx高度的平面上的保護半徑，m；h為避雷針有效高度，h=12 m；hx為被保護物的高度，hx=9 m；P為高度影響系數。

h≤30 m，則P=1。

將上述數據代入式(1)，可得12 m高的單根避雷針在9 m平面上的保護半徑rx=3 m＞2．55 m (2．55 m為避雷線與邊導線的實際水平距離)。

此計算說明:在線路靜止時是能對A、B、C相線進行保護的，但此種情況為理想情況下。在實際情況中，由于受地形、風力、線路下垂等因素影響，可能會造成避雷線不能對A、B、C相線完全保護。

3．2 感應雷防護現狀研究

雷電擊中避雷線、避雷針或防雷引下線在泄放雷電流時會產生強變的電磁場，造成線路上產生感應過電壓，感應過電壓的大小一般為300～500 kV，過電壓沿線路傳導，如不采取相應的過電壓保護措施，可能會造成設備損壞等，更為嚴重的是造成人員傷亡。因此，我們在完善防雷措施時，應考慮到對感應雷過電壓的防護。

從調查情況看，MEG水電站35 kV輸電線路0#塔(終點)無避雷器，因0#塔為進入廠房前的最后一處桿塔，如果不做好感應過電壓防護，可能會導致感應過電壓直接竄入廠房引發雷電事故。

3．3 接地保護現狀研究

接地是泄放雷電流的重要措施。如果接地做的不好，將直接影響整個防雷效果。接地電阻過大，不但會影響雷電流的泄放，同時還因地電位反擊而損壞設備，危及人員安全。根據GB/T 50065－2011《電流電氣裝置的接地設計規范》要求，在土壤電阻率大于2 000Ω·m的地區(MEG水電站35 kV輸電線路設計取土壤電阻率為2 000Ω ·m)，線路桿塔接地電阻宜不超過30Ω，電站進出線段2 km范圍內桿塔接地電阻不得大于10 Ω。同時，考慮到終端塔避雷器接地的要求，應以終端桿塔接地電阻不得大于5Ω為宜。

經測試，MEG水電站35 kV輸電線路共有11基桿塔工頻接地電阻值超出規范不超過30Ω的要求，共有1基終端塔工頻接地電阻值超出規范不超過5Ω的要求。

4 雷電過電壓的防護治理

近幾年的運行數據表明:MEG水電站35 kV輸電線路區域年平均雷電日高達60多天，大風天氣司空見慣，從上述研究可知:多數線路桿塔的接地電阻值超過規范值，線路絕緣子整體耐雷水平不高，架空避雷線保護角容易受風力影響變小、感應雷防護措施不完善等，針對這些問題，我們及時采取了以下治理方案。

4．1 直接雷的防護與治理

如前所述，避雷線由于受地形、風力、線路下垂等因素影響，可能會導致其不能對A、B、C相線進行全保護，因此，應加裝避雷針進行直擊雷保護。從經濟合理方面考慮，我們在易遭受雷擊點位(主要是山頂、風口和進出站端)加裝避雷針進行直擊雷保護。相對于普通避雷針而言，阻抗避雷針由于存在一定的阻抗，在雷擊避雷針時，雷電流大大減少，從而降低了接地網和桿塔的電位升高，避免反擊，同時使附近設備金屬導體上的感應過電壓大大降低。因此，我們選擇并安裝了阻抗避雷針以實現直接雷的防護。

4．2 感應雷的防護與治理

經驗表明:變電站因雷電侵入波形成的雷害事故有50%是距離電站2 km以內雷擊線路引起的，約有71%是距離電站3 km以內雷擊線路引起的，所以，加強電站進出線段的雷電防護是必要和重要的。

(1)采用在線路終端塔安裝氧化鋅避雷器進行過電壓保護。

(2)線路型金屬氧化物避雷器用于輸電線路已較為成熟，在實際應用中已取得了非常好的效果，但其一般應用在110 kV及以上電壓等級，在35 kV及以下輸電線路中應用較少。但考慮到MEG水電站35 kV輸電線路地勢復雜，土壤電阻率高且為雷電活動較為強烈的山區，因此值得引入嘗試。

經驗表明:安裝1組線路避雷器其耐雷水平可提高1～2倍；安裝兩組可提高2．5～3倍；安裝三組可提高3～4倍。結合MEG水電站35 kV輸電線路的實際情況，我們在2#、36#、35#、34#塔各加裝了1組帶間隙的線路避雷器，用以降低1#和0#終端塔的殘壓值，從而保護站內設備免受過電壓的侵害。

4．3 接地系統的防雷與治理

接地是泄放雷電流的重要措施。如果接地做的不好，將直接影響整個防雷效果。接地電阻過大，不但會影響雷電流的泄放，同時還因地電位反擊而損壞設備，危及人員安全。

根據要求:“電纜終端塔接地電阻不得大于5 Ω為宜”。0#塔為進入廠房的終端桿塔，測試接地電阻值為13．9Ω＞5Ω，故要對其進行整改。由于桿塔專用接地裝置具備適合于野外、高山等缺水的施工現場；降阻效率高，是傳統接地模塊的5～10倍；接地電阻穩定，隨季節變化影響較小等優點，我們采用增加專用接地裝置的辦法來降低接地電阻。計算過程如下:

(1)0#塔原地網接地電阻值為13．9Ω，若要使接地電阻值達到5Ω以下，改造新增地網需達到的接地電阻值R3:

其中 R1為設計要求電阻值，5Ω；R2為0#塔接地電阻值，13．9Ω；R3為新增地網接地電阻，Ω；η為利用系數0．9。

將以上數據帶入公式(2)，可得:

(2)單根桿塔專用接地裝置接地電阻Rv:

式中 Rv為單根桿塔專用接地裝置的接地電阻，Ω；ρ為土壤電阻率，2 000Ω·m。

將以上數據帶入公式(3)，可得:

(3)要使接地電阻值達到6．65Ω，所需桿塔專用接地裝置數量為:

式中 Rv為100Ω；R3為6．65Ω；n為需桿塔專用接地裝置的數量；η為利用系數，0．9。

將以上數據帶入公式(4)，可得:

(4)驗算:

17套桿塔專用接地裝置達到的接地電阻為:

將以上數據帶入公式(4)，可得:

桿塔專用接地裝置與0#塔原地網接地電阻并聯后總電阻為:

將以上數據帶入公式(2)，可得:

故在0#塔處使用17套桿塔專用接地裝置與原地網并聯可達到設計中接地電阻不大于5Ω的要求。

根據同樣的計算原理，我們對37#塔、36#塔、35#塔和1#塔也采用了增加專用接地裝置的方法來實現接地電阻的改善。

考慮到專用接地裝置成本較高，因此，對于線路中其余桿塔接地電阻超過30Ω的，我們均采用橫截面積為100 mm2鍍鋅扁鋼延長接地體長度、增加埋設深度來改善接地電阻。

5 雷電過電壓防護治理取得的成果

5．1 桿塔接地電阻超標治理成果

2014年4月，我們對MEG水電站35 kV輸電線路接地電阻超標的線路桿塔采用扁鋼延長接地體長度和增加埋設深度以及對終端桿塔增加專用接地裝置后，重新測試線路桿塔接地電阻已全部滿足規范要求，最大的測值為17．6Ω，符合其小于30Ω的規范要求；線路終端桿塔接地電阻也全部小于5Ω，合格率為100%。2015年4月進行復測，合格率為100%。

5．2 直接雷電過電壓和感應雷電過電壓防護治理取得的成果

2014年6月，我們對MEG水電站35 kV輸電線路實施了安裝阻抗避雷針和在終端塔安裝氧化性避雷器的工作，至2015年4月止，35 kV輸電線路遭受雷擊日約65個，但僅有1次引起線路PT絕緣損壞，說明線路防雷水平大大提高。

2015年5月，我們再次對MEG水電站35 kV輸電線路防雷技術進行了研究，實施了安裝線路避雷器的工作，至2015年8月底，35 kV輸電線路共遭受強雷擊日約35個，沒再發生線路跳閘和設備損壞事故，說明該線路防雷水平進一步提高，雷電危害基本得到治理。

6 結語

通過以上各種防雷電過電壓技術措施的實施，MEG水電站35 kV輸電線路的防雷擊、防過電壓水平得到了很大幅度地改善，線路的耐雷水平也得到了提高。特別是線路型避雷器在高原山區35 kV輸電線路中應用成功的經驗值得推廣。

［1］ 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范，GB/ T50064－2014［S．］．

［2］ 交流電氣裝置的接地設計規范，GB/T50065－2011［S］．

［3］ 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范，GB50169－2006［S］．

［4］ 電力設備預防性試驗規程，DL/T 596－2005［S］．

［5］ 電氣裝置安裝工程66kV及以下架空電力線路施工及驗收規范，GB/T50173－2014［S］．

TV7;TV735;TV738

B

1001-2184(2015)05-0104-03

薛玉林(1970-)，男，甘肅蘭州人，高級工程師，學士，從事流域梯級水電站生產技術與管理工作；

(責任編輯:李燕輝)

2015-09-11

曾義昌(1973-)，男，四川德陽人，助理工程師，從事流域梯級水電站生產技術與管理工作．