防雷保护技术在35KV架空线路工程中的应用

2012-12-29吴金洪

中国新技术新产品 2012年5期

吴金洪

（四川省内江电业局安全监察部，四川内江 641000）

根据过电压形成的物理过程，雷电过电压可以分为两种。一是直击雷过电压。它是雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压。二是感应雷过电压。它是在雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。运行经验表明.直击雷过电压对电力系统的危害最大，感应雷过电压只对35kV及其以下的线路有威胁。

按照雷击线路部位的不同，直击雷过电压又分为两种情况。一种是雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高。当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压。因为这时杆塔或避雷线的电位(绝对值)反而高于导线，故通常称为反击。另一种是雷电直接击中导线(无避雷线时)或绕过避雷线(屏蔽失效)击中导线，直接在导线上引起过电压，后者通常称为绕击。

雷击线路可能导致两种破坏性后果。一是使线路发生短路接地故障。雷电过电压的作用时间虽然很短 (数十微秒)，但导线对地(避雷线或杆塔)发生闪络以后，工颇电压将沿此闪络通道继续放电。进而发展成为工绷电弧接地。此时继电保护装置将会动作，使断路器跳闸，影响线路正常送电。二是形成沿输电线路侵人变电站的雷电波，在变电站内产生复杂的折反射过程，可能使电力设备承受很高的过电压，以致设备绝缘破坏，造成停电事故。

输电线路防雷性能的优劣，工程上主要用耐雷水平和雷击跳闸率这两个指标来衡量。耐雷水平是指线路遭受雷击时所能耐受的不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值 (单位为kA)。耐需水平越高，线路的防雷性能越好，雷击跳闸率是指在折算至年雷电日数为40的标准条件下，每百千米线路拜年因雷击引起的线路跳闸次数，单位为：次/百千米·年。击跳闸率是衡量线路防雷性能的综合性指标。

1 雷电过电压种类

1.1 感应过电压

在雷云对地放电过程中，放电通道周围的空间电磁场将发生急剧变化。因而当雷击输电线附近的地面时，虽未直击导线，由于雷电过程引起周围电磁场的突变，也会在导线上感应出一个高电压来，这就是感应过电压。感应过电压包含静电感应和电磁感应两个分量，一般以静电感应分量为主。

由于感应过电压对各相导线来说基本相同，所以不会发生相间闪络。又由于感应过电压是因电磁感应而产生的，其极性与雷云电荷，即与雷电流的极性正相反.因而绝大部分感应过电压是正极性的，这一点与直击雷过电压不同。另外，感应过电压的波形较直击雷过电压更平缓，波头由几微秒至几十微秒，波尾则可达数百微秒。避甫线由于对导线有屏蔽作用，因而能降低导线卜的感应过电压幅值。避雷线与导线间的辆合系数越大，导线上的感应过电压就越低。

1.2 雷击导线过电压

无避雷线的线路，当雷闪放电过分靠近线路时，发生的就不是雷击地面的感应过电压，而是雷电直击导线的过电压。在我国110kV及其以上线路一般都架有避雷线，以免导线直接遭受雷击，但由于各种偶然因素的影响，仍有可能发生避雷线屏蔽失效.雷电绕过避雷线而击中导线的情况，通常称绕击。

1.3 雷击塔顶过电压

雷击塔顶 (包括雷击塔顶附近的避宙线)时，杆塔电感与接地电阻的存在将使塔顶电位瞬时升高，其电位绝对值甚至大大超过导线电位，引起绝缘子串闪络，即反击，造成线路跳闸，同时在线路上形成向线路两侧传播的过电压波，过电压波侵人发电厂、变电站。

2 防雷保护措施

2.1 选择典型的防雷保护接线

防止35kV线路直击雷和进行波最有效的方法是架设避雷线。但因雷击避雷线时，避雷线上产生的电位相当高，35kV线路的绝缘水平承受不了这个高电压，容易造成反击，同样会引起线路跳闸，同时避雷线线路造价又高，因此，35kV线路只在变电所进——出线段，根据变压器容量，架设1～2公里避雷线，以限制流进避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。但变电所的阀型避雷器不允许通过太大的雷电流，一般不应超过5kA，再则通过阀型避雷器的雷电陡度也不允许太大，陡度太大亦即电压上升速度太快，会使避雷器来不及放电，使避雷器冲击电压提高，从而作用在被保护物的电压也提高了，这就容易破坏设备的绝缘。为了降低侵入波的峰值和陡度，35kV线路除架设避雷线外，限制侵入波峰值的办法是在避雷线两端杆塔上还加装管型避雷器或保护间隙。

2.2 35kV线路防雷保护的设计要求

2.2.1 降低避雷线杆塔的接地电阻

带架空地线的杆塔，避雷线要可靠接地。降低避雷线杆接地电阻R是提高线路耐雷水平反击的有效措施。杆塔的接地装置，可用φ-10圆钢用方环型另加幅射方式布置，埋深不小于0.7m。水泥杆避雷线接地引下线，一般用GJ-35平方钢绞线与接地装置相连，不可用预应力水泥杆内的配筋作为接地引下线。设计允许的留有接地孔螺栓的水泥杆非预应力配筋，可作为接地引下线。

2.2.2 提高线路绝缘水平采用不平衡绝缘方式

35kV系统属于中性点不接地系统，线路受雷击引起大气过电压，多数引起单相闪烙接地，而不会引起开关跳闸，只有引起两相绝缘子闪烙后，形成弧光接地短路，才能引起线路开关跳闸。因此只要加强线路绝缘水平，就不会引起开关跳闸，因此最好选用免维护的35kV硅胶绝缘子串。

在无避雷线地段，其杆型为上字型三角排列的直线杆塔，中相安装三片XP-7型悬式绝缘子，而两边相安装4片XP-7型绝缘子，造成绝缘差异。当线路受雷击过电压时，中相绝缘较低，先闪烙放电接地，闪烙后的中相导线相当于一条接地线，增加另外两边线的耦合作用，使之边相不再发生绝缘闪烙，就不会引起弧光短路使线路开关跳闸。

2.2.3 杆塔上安装少一长针金属消雷器

在山脚下，河边无避雷线的杆塔，因土壤电阻率较高，最容易受直击雷。在杆塔顶部安装少—长针金属消雷器可以使杆塔免受直击雷的危害。对直线单杆安装一付，双杆安装两付，并用GJ-35钢绞线可靠接地，接地电阻值不超过表1值。少一长针消雷器：长针用φ14×2000（mm）圆钢五根，针尖锥度越尖越好，均匀水平排列焊接在 250×5×3000（mm）角钢上，用Φ18U型抱箍固定在杆顶上。

近几年，在易受雷击的杆塔上，中相安装35kV氧化锌避雷器，也能起到防雷作用。

2.2.4 35kV线路采用自动重合闸装置

前几种防雷保护，只对较小雷电流有效，对特大雷电流还是无能为力的，为此35kV线路采用自动重合闸作为补救措施。当线路受到雷击引起相间短路，保护动作使开关跳闸，经一段时限，自动重合闸使开关重新合闸。如果故障消除，线路可恢复供电，否则由保护再次使开关跳闸。运行经验表明，线路受雷击在电弧熄灭后，其电气强度一般都能很快恢复，因此采用自动重合闸时，有60～75%的雷击跳闸事故都能重合成功恢复供电，这对保证安全供电起很大作用。