10 kV架空線路雷擊斷線的實用解決方案

陳志文，蔣大偉

(1.恒皓聯能源建設有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000；2.淮安新業電力建設有限公司楚明分公司，江蘇 淮安 223000)

10 kV架空線路雷擊事故中，雷擊斷線事故是最為嚴重的事故之一。本文防雷方案采用以避雷線為主保護，防雷絕緣子或線路過電壓保護器為后備保護。通過架空地線、防雷絕緣子或線路過電壓保護器將直擊地線或繞擊、反擊導線的雷電流就地引入大地，減少雷電流影響范圍及雷電過電壓范圍，以解決線路防雷問題。

1 接地材料設計方案

接地方案示意圖，如圖1所示。

圖1 接地方案示意圖

根據GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》桿塔的最大工頻接地電阻為10Ω。

根據GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規范》《工業與民用供配電設計手冊》（第四版），在土壤電阻率為100Ωm時，水平接地鐵-40×5×5000，垂直接地鐵L 50×5×2500（2根），工頻接地電阻約為10.5Ω。

考慮到淮安地區土地潮濕，多以粘土、田園土為主，根據GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規范》土壤電阻率僅為50～60Ωm，工頻接地電阻據公式推算約為5.48Ω，可滿足要求。根據鍍鋅接地鐵年平均最大腐蝕速率，本接地極保證30年以內厚度不低于3 mm。若按一般典型設計水平接地鐵采用-40×4×5000，則可保證15年以內厚度不低于3mm。根據公式腐蝕速率對接地電阻影響可不計。

2 桿上防雷材料設計方案

桿上防雷設計方案示意圖，如圖2、圖3所示。

圖2 單回路桿上防雷材料設計方案示意圖

圖3 雙回路桿上防雷材料設計方案示意圖

2.1 電氣參數計算

根據GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》，桿塔上地線對邊導線的保護角宜采用20°～30°。

導線與地線在檔距中央的距離不滿足S≥0.012L+1的要求，但由于10 kV線路桿塔低，60 m以下的導地線間距要達到1.72 m，且由此設計的桿頂防雷支架過重，人工安裝不切實際無法做到。

因為淮安地區不是重冰區且10 kV線路檔距小弧垂小，不存在嚴重的線路脫冰跳躍，且線路多已實現絕緣化改造，本文方案采用GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》中表6.0.9規定，取值＞0.45m，本文方案地線與上導線間最小間距約為1 m。海拔不須校正。考慮到鐵附件受力問題，避雷線按《國家電網公司配電網工程典型設計10 kV架空線路分冊》（2016版）采用35 mm2鍍鋅鋼絞線。

2.2 鐵附件結構參數計算（簡算）

10 kV配電網鐵附件一般采用Q 235鋼制造。本方案斷線工況為最危工況，水平風荷載產生的彎矩及剪力、偏心扭矩等數值不大。避雷線支架采用L 80×8角鋼時最重部件約20 kg，采用L 100×10角鋼時最重部件約28 kg，此重量已達人力安裝極限。

根據材料力學公式及熱軋等邊角鋼參數，采用L 80×8角鋼時可承受最大彎矩M=2223Nm，采用L 100×10角鋼時可承受最大彎矩M=4357Nm。

GJ-35鋼絞線截面積為37.15mm2，外徑為7.8mm，計算拉斷力為45472 N，彈性系數為181423 N/mm2，線膨脹系數為11.5×10-6（1/℃）。

根據GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》直線桿地線斷線張力取最大使用張力的20%，耐張桿地線斷線張力取最大使用張力的70%。出于安全考慮，本方案驗算時多考慮一個機械強度安全系數，取值1.5。

GJ-35鋼絞線的安全系數各地區取值不一，一般會取值為7～12。

當采用L 80×8角鋼時，斷線時根據可承受最大彎矩推算GJ-35鋼絞線的架線安全系數：直線桿≥8，直線耐張桿≥25。

當采用L 100×10角鋼時，斷線時根據可承受最大彎矩推算GJ-35鋼絞線的架線安全系數：直線桿≥4，直線耐張桿≥13。

若90°轉角桿處無法設置拉線（如圖4所示）時，L 80×8角鋼的鋼絞線架線安全系數≥36，L 100×10角鋼的鋼絞線架線安全系數≥18。

圖4 90°轉角桿不設置拉線最惡劣工況示意圖

為了保證安全可以適當放寬鋼絞線架線安全系數，比如采用20，此時鋼絞線弧垂仍然小于導線，故在無法設置拉線的情況下，將GJ-35鋼絞線的架線安全系數改為20是合理的。

例如：當安全系數取20時，冰厚5 mm條件下。檔距60 m、40℃時，GJ-35鋼絞線的弧垂為1.22 m，JKLYJ-10/240（k=5）導線弧垂為1.619 m，JKLYJ-10/150（k=5）導線弧垂為1.964 m。外過等其他氣象條件結果一樣。但當安全系數≥36時鋼絞線弧垂將大于導線，會惡化導地線在檔距中央處的絕緣間隙及地線保護角。因此耐張桿不應采用L 80×8角鋼做避雷線支架。

90°轉角桿不設置拉線工況應當盡量避免，在此工況下架設避雷線時，應采用角鋼抗彎截面系數大的受力方向，圖4方案為角鋼抗彎截面系數最小的受力方向，是最不可取方案。由此直線桿采用L 80×8角鋼，耐張桿采用L 100×10角鋼做避雷線支架是最佳方案。

3 結束語

本方案在雷直擊避雷線時，可將雷電流就地引入大地，不再燒灼導線。雷繞擊或反擊導線時，通過防雷絕緣子或線路過電壓保護器將雷電流就地引入大地，并減少線路斷路器雷擊跳閘概率。通過此兩道防護，減少10 kV線路雷擊斷線或雷擊跳閘概率，提升電網安全穩定水平。