35 kV 架空線系統防雷安全保障措施研究

雷 爽

（中國鋁業股份有限公司廣西分公司，廣西百色 531499）

0 引言

電力能源是社會生產及發展的基礎，而架空線系統則是電力系統的核心部分，架空線系統的安全性及穩定性不僅影響會電力系統運行、社會電力能源供給，在很大程度上還會影響我國電力產業及社會經濟發展，因此必須不斷優化、完善架空線系統。在實際運行中，架空線系統依然存在很多防雷方面的問題，不及時解決則會引發更為嚴重的架空線系統故障，阻礙電力產業健康發展。

35 kV 架空線系統是電力系統正常運行及供電的關鍵，很多地區的電力供應站或供電中心也積極構建了35 kV 架空線系統，以提高電力電源供應量、供電穩定性及安全性。在各種先進技術的支持下，35 kV 架空線系統已經得到了優化、升級及完善，但在實際運行中依然會出現絕緣子及塔桿存在安全隱患、避雷器電壓分布不均勻、避雷器檢修工作不到位、接地裝置短路故障等防雷方面的問題，在不同程度上影響系統的防雷功能，甚至還會引發更為嚴重的線路故障及安全事故[1]。所以，相關工作人員不僅要重視架空線系統的構建及優化，還需要結合實際制定和實施有效的防雷安全保障措施，以強化系統的防雷能力，從而提高35 kV 架空線系統的安全性、穩定性及可靠性。

1 項目背景

以中國鋁業股份有限公司廣西分公司（以下簡稱“公司”）構建的35 kV 架空線系統為例，該架空線系統共有6 條，總長83 km，途經廣西平果市7 個鄉鎮，且該地區地貌主要以卡斯特山區為主，土壤富含氧化鋁泥土礦，存在多個雷電活動頻繁區，這意味著下雨天架空線很容易遭到雷擊。但在構建35 kV 架空線系統時，公司只采用了傳統的拉閘避雷方式，并沒有從線路設計、附近礦山生產等方面綜合考慮、分析和制定完善的防雷安全保障措施。該礦山主要是開采氧化鋁泥土礦，經過二期和三期的升級改造，氧化鋁的產能從80 萬噸增加至250 萬噸，礦山的產礦量已經成為影響到氧化鋁產量的一個重要指標，所以礦山生產能否連續穩定直接影響氧化鋁的生產。作為礦山生產的動力供給線路，305#、306#線路能否安全穩定也就顯得非常重要。但近幾年來305#、306#線路經常出現受雷擊跳閘的現象，再加上線路已投運多年，線路桿塔絕緣瓷瓶存在個別擊穿放電現象、防振錘銹斷脫離、避雷線嚴重銹蝕及防雷接地電阻不合格等現象。2018—2020 年，305#、306#線路因雷擊跳閘13 次，嚴重影響公司生產線的連續穩定，所以加強35 kV 架空線系統防雷安全保障十分重要。

2 35 kV 架空線系統防雷安全保障措施

2.1 安裝雷擊在線監測裝置

可將雷擊在線監測裝置安裝在35 kV 礦山線桿塔上，以實現對架空線路的實時監測，并在第一時間掌握架空線路遭受雷擊的數據，然后結合近些年架空線路雷擊跳閘事故的資料，重點排查活躍區桿塔線路[2]。例如，礦山305#線路52#～68#桿，礦山三期的12#～26#以及3 個礦區的線路末端，如果發現擊穿放電、防震錘銹斷脫離、避雷線嚴重銹蝕、接地電阻不合格等現，則更換超期服役或損壞的設備[2]，必要時可直接則立即增設絕緣子、避雷線、線路型避雷器。此外，還需要分析雷擊跳閘事故波形，然后根據工頻過電壓、操作過電壓、雷擊過電壓等確定雷電活躍區35 kV 桿塔的絕緣子片數，以增強輸電線路絕緣。

（1）基于工頻電壓，可以利用式（1）計算絕緣子數量n：

式中 n——海拔1000 m 以下每聯絕緣子片數

λ——為爬電比距離，cm/kV

Um——系統最高工作電壓或額定電壓，kV

Lot——單片懸吊式絕緣子的幾何爬電距離，cm

Ke——絕緣子爬電距離的有效系數

（2）基于操作過電壓及雷電過電壓，可以利用式（2）計算絕緣子串片數量：

式中 n——塔高、結構高度修正后絕緣子片數

n0——計算基礎

L0——單片絕緣子的結構高度，mm

h——塔高，m

L——實際使用的絕緣子的結構高度，mm

2.2 加強接地電阻測量

需要對公司所屬的全部35 kV 架空線桿塔等進行接地電阻測量，對接地電阻不合格的桿塔，從土壤電阻率、地形、地質條件、勘察設計、施工、運行維護全方面分析，制定整改措施。具體如下：

（1）對每基桿塔附近的地形、桿塔四周的土壤電阻率等進行勘察測量。

（2）根據線路地段雷電活動規律確定防雷措施、桿塔接地電阻要求。

（3）調查線路桿塔所在地體的腐蝕及酸堿度。

（4）計算線路最大運行方式下的接地短路電流、線路使用壽命，并制定切合實際的降阻措施（如水平外延接地、深埋式接地極）[2-3]。

2.3 充分利用避雷器防雷及電壓監測系統處理重大隱患

以1#氧化鋁303#線和1#礦山305#線為例，后者的B 相接地與前者的A 相接地，形成異地A、B 兩相接地，305#線電流超過速斷定值、速斷跳閘。通過故障錄波計算303#線峰值電流大約2880 A，轉換為有效值1662 A，未達到跳閘電流值[3]。其中，303#開關過流定值為1536 A、1.7 s，速斷定值為4400 A、0.2 s，運行電流為550 A 左右。

查看避雷器防雷監測系統歷史記錄，1#礦山305#線62#桿B 相8：21 顯示遭受雷擊，礦山三期線11#B、C 相8：22 顯示遭受雷擊。說明此時間段礦山線出現雷電，導致兩條線路存在異地短路的重大隱患。可借助避雷器防雷監測系統、全電壓監測系統快速找到異地短路的位置，然后結合故障錄波系統分析并處理了異地短路的重大隱患。

此外，架空線和樹木安全距離不足，不僅會引起單相接地、兩相或三相短路等故障，還會增加架空線遭受雷擊的概率。因此，可以利用避雷器防雷監測系統及全電壓監測錄波系統檢查雷雨天氣時架空線路的是否正常運行，一旦出現異常則應立即進行處理，提高架空線路的防雷能力。

2.4 建立架空線信息化數據庫

信息化數據庫不僅能實時監測各種架空線路防雷技術狀況，還能結合互聯網和質量統計工具等實時跟蹤35 kV 架空線路、防雷設備設施等。最后，利用GPS（Global Positioning System，全球定位系統）技術定位可能發生雷擊事件的位置，并快速建立檢修作戰室網站，制定和實施有效的防雷安全保障措施，減少因為雷擊導致的故障處理時間。

2.5 制定完善的巡視標準，搭建電力巡檢平臺

可根據《110（66）kV～500 kV 架空輸電線路運行規范》《電力設施保護條例實施細則》等制定巡視標準。為提升巡檢質量和效率，還需要利用互聯網技術、人工智能技術及云計算技術等搭建電力巡檢Web 無人機調度平臺，并完善相應的無人機巡檢流程及制度，以規范無人機巡檢，從而快速且規范地識別出架空線缺陷。巡視內容包括線路防護區、標接地裝置、桿塔本體、橫擔及金具、設備標志、絕緣子等，巡視準見表1。

表1 巡視內容及標準

2.6 其他措施

（1）不斷提高35 kV 架空線路絕緣水平，如在雷電活動強烈區域增設絕緣子、定期檢查線路和更換絕緣子類等。

（2）架設耦合地線，即在導線下方設置一定長度的地線。

（3）減小保護角。可根據實際情況改造架空輸電線路保護角，必要時需要新建架空輸電線路、改造桿塔結構。

（4）優化避雷針設計。要重視并根據現有避雷針的不足及問題不斷優化避雷針，必要時可聘請更高水平專家重新優化設計避雷針。

（5）積極引進各種先進的避雷設備，如引進氧化鋅避雷器（具有絕緣自恢復能力強的應用優勢）及跌落式間隙保護器（具有不受工頻電壓影響、使用壽命長及安裝方便等應用優勢）等先進避雷設備。

3 結束語

加快電力產業發展能提高我國社會經濟水平及社會生產力，而完善的電力系統則是推動電力產業發展的關鍵，所以35 kV架空線系統作為電力系統的核心組成部分，對社會經濟及生產力發展有很大影響，因此必須不斷完善和優化35 kV 架空線系統。在35 kV 架空線系統實際運行過程中依然存在很多問題，其中防雷問題最為突出，給系統的安全性及穩定性造成不利影響，所以為促進電力產業健康發展必須解決現有的35 kV 架空線系統防雷問題。