科技信息 高校理科研究 ３５ｋＶ架空线路防雪技术砷究及应用 王艳１，２余发山 （１．河南理工大学电气＿Ｔ－程与自动化学院 ２．焦煤集团供电工程分公司技术科） ［摘要］本文通过对焦煤３５ｋＶ电网雷击断线事故典型案例的分析与研究，采用降低接地电阻、中相安装氧化锌避雷器、架设避雷 线等方法，采取绝缘子绝缘等级与接地系统工频测试电阻相配合的防雷措施，对电网进行了防雷技术改造，经当年雷雨季节的考验， 线路整体耐雷水平提高，运行良好。 ［关键词］３５ｋＶ电网 雷击事故 防雷措施技术改造 一、引言 全球气候的变暖使当前的天气形势发生了巨大转变，我国地 区，尤其是中高纬度地区降水增加，雷暴等极端天气出现的频率和强度 加大。防范雷电灾害对供电系统的安全、稳定运行具有重要意义。供电 系统安全、稳定运行对生产生活的重要性不言而喻，对矿井供电安全提 出了更高、更严格的要求。输电线路是矿井供电安全稳定的生命线，做 好输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故损失的关键。焦煤电网近 几年来，雷击线路事故频发，造成多起断线、开关跳闸等停电事故，尤其 是２００９年发生了多起雷击线路事故，对矿井的安全生产造成很大的威 胁，防范雷电灾害是我们电力工作者的重要任务。本文在对焦煤３５ｋＶ 电网雷击断线事故典型案例分析与研究的基础上，找出发生雷击时过 电压的原因和系统薄弱环节，采用相应的防雷措施，对电网进行了防雷 技术改造。 二、煤矿３５ｋＶ架空线路雷击事故现状及原因分析 １、雷击事故造成的危害 ３５ｋＶ线路遭到雷击时造成单相接地，势必也使低压侧ｊ相不平 衡，这时候设备的交流接触器失电起跳，退出运行。据统计，雷击架空线 路引起的线路跳闸事故占线路总跳闸的４０％一７０％，尤其是在多雷，土 壤电阻率高，地形复杂的山区。输电线路的雷击类型分为直击雷和感应 雷。感应雷是雷击线路附近大地，电磁感应在导线上产生感应过电压， 感应雷主要对１０ｋＶ、３５ｋＶ线路。直击雷是雷电直接击在线路的不同部 位使线路上产生直击雷过电压，直击雷主要对高压线路及线路中没有 避雷线的部分，是造成线路跳闸的主要原因。 线路因为雷击而造成跳闸必须具备两个条件： １）雷击时雷电过电压超过线路的绝缘水平，引起线路绝缘冲击闪 络。 ２）冲击闪络转为稳定的工频电弧。 ２、３５ｋＶ线路雷击事故举例与原因分析 １）雷击后的现状 为枢纽，３５ｋＶ变电站为支柱覆盖全矿区的电网，并多处保持与省 电网系统连接。年供电量１４亿ｋＷ・ｈ，其中６０％为生产矿井一级用电 负荷。 根据ＳＤＪ３—７９《架空送电线路设计技术规程》第三十六条的规定， ３５ｋＶ送电线路不宜沿全线架设避雷线，一般在变电所或发电厂的进线 段，架设１～２ｋｍ避雷线。不架设避雷线的３５ｋＶ线路的防雷，主要有两 种措施：一种是安装避雷器，另一种是降低接地电阻。 经过调查发现，雷 雨季节后，沿线各杆塔接地腐蚀程度很大，由于受地层下陷和其他施工 操作影响，许多接地联接腐蚀严重，有松动脱离现象，导致杆塔接地电 阻变大或失去接地。经过测试，除个别接地体接地电阻偏高，多数接地 体工频电阻都在ｌＯＫＩ以下，但是接地回路电阻测试结果几乎都不合 格，均大于１０ｆｌ。 雷击杆塔顶部或避雷线时，塔顶电位迅速升高，其电位值为： Ｕｔ＝ｉＲｄ＋Ｌ．ｄｉ／ｄｔ （１） 式中： ｉ——雷电流 Ｒｄ——冲击接地电阻 Ｌｄｉ／ｄｔ——暂态分量 同时在相导线上产生感应过电压，升高的塔体电位和相导线感应 过电压合成的电位差超过了送电线路的绝缘闪络电压值，即超过绝缘 子串５０％的放电电压时，导线与杆塔之间就发生了闪络。 现有的防雷技术措施有： ａ．避雷线敷设时与杆塔自然连接。 ｈ．铁塔利用塔体自然接地。 ｃ．水泥杆利用杆内钢筋接地或杆内穿钢绞线引下接地（非予应力）。 ｄ．３５ｋＶ架空线路接地极工频测试电阻值要求不大于３０ｎ。 避雷针接地电阻要求不大于１０ｎ。 ￡接地极利用杆体钢筋与避雷线连接。 ｅ．九冯线足焦煤电网内的一条３５ｋＶ供电线路，从九里山变电站起， 途径赵屯村、山后村至冯营矿变电站，全线长约５．５ｋｉｎ，导线为水平及ｊ＿ 角混合布置，直线塔采用复合绝缘子，其余为瓷瓶绝缘子，共４２级杆 塔，２３＃一３６＃之间无避雷线，其它有避雷线。该线路有部分经过村庄，但 是大部分架设在旷野，附近无高大建筑物。线路遭雷击后，２５＃门型杆 导线线夹处断线脱落，有目击者看到有一火球从２６＃杆方向沿导线向 ２５＃杆断线处袭来，雷击后绝缘子损坏，有明显的沿面闪络放电痕迹，断 线的地方有树枝着火痕迹。 ２）原因分析 ｇ－铁塔利用塔体与接地极和避雷线连接。 小结：九冯线雷击断线事故可以判定为是直击雷造成的雷击事故， 造成事故的原因有绝缘子寿命的影响，周同环境对接地的腐蚀等，雷电 流对地泄放不畅，加剧了事故的发展。 三、防雷技术改造 ３５ｋＶ架空线路担负着焦煤电网绝大部分的供电任务，多年运行造 成杆塔接地腐蚀严重。但是其自身绝缘水平低，没有架设避雷线的地段 更是雷电防护的薄弱环节。除了降低接地电阻、架设避雷线等常规手 段，在易受雷击地段可安装线路避雷器来进一步提高线路耐雷水平。 表１常见的防雷措施分析比较 Ｉ 措施 优点 最基本，最有效 明显提高线路的耐雷 水平 缺点 不太适合低压线路 对绕击无效 架设避雷线，调整保护角 降低杆塔接地电阻 安装线路避雷器 降低反击及绕击 成本高 绝缘子并联放电间隙 减少绝缘子表而灼伤 雷击跳闸率较高 １、技术改造方案 （）一３５ｋＶ蹙电站或螭路 ０一ＢｋＶ蹙电站或线路 图１焦煤集团东部电网结构图 焦煤供电网是随着矿井的建设一步步发展壮大起来的，整个供电 网络有ｌｌＯｋＶ、３５ｋＶ、６一ｌＯｋＶ三个电压等级，整个电网可以分为东部电 网和西部电网两大块，电网内现有三座自备电厂，３５ｋＶ及以上架空线 路５５回，约６００ｋｍ，其中３５ｋＶ线路约４５０ｋｍ，形成了以１１０ｋＶ变电站 针对九冯线的实际情况：该线路所处的焦作地区年平均雷暴日数 超过１５但小于４Ｏ，属于中雷区，土壤为多石沙土，土壤电阻率大致为 １００～１０００ｎ，我们所采取的改造措施有： １）雷击杆塔时的塔顶电位与接地电阻密切相关，降低接地电阻是 提高线路耐雷水平的有效措施。由于杆塔下土壤为多石土壤，我们进行 风镐开挖，更换土壤，添加降阻剂，埋设接地模块与电解离子接地棒。并 对整个线路避雷线与下引线的联接进行了处理，统一更换为联接性能 良好的接地连接装置。将原执行的接地极１二频测试电阻小于３０１－１改为 科技信息 高校理科研究 ３５ｋＶ线路进行防雷技术改造。在改造过程中，碰到少数特殊杆塔接地 电阻降不下来的情况，我们采取了提高绝缘子绝缘等级的方法来保证 电网供电的安全性、可靠性，也就是说如果架空线路防雷接地系统工频 测试电阻大于１Ｏｎ，则该杆塔的绝缘子绝缘等级提高约１，３倍。 ３、运行效果 近几年雷击线路事故频发，仅２００９年就发生了５起雷击造成的开 雷水平提高，经过雷雨季节的考验，没有发生一起雷击线路的停电事 故，防雷效果显著，社会效益和经济效益明显。 小结：３５ｋＶ线路绝缘水平低，由于不要求全线架设避雷线，且线路 杆塔一般没有做接地，故３５ｋＶ线路耐直击雷和感应雷的水平都较低。 因此３５ｋＶ线路应该在装设自动重合闸装置的前提下，以提高雷击跳闸 后的重合成功率为主要防雷措施，即“以疏为主”。 四、结论 小于１Ｏｎ为标准。统一将接地系统工频接地电阻值小于５ｎ作为 ３５ｋＶ架空线路防雷接地回路良好接地的判断标准。 ２）将水泥杆采用杆体钢筋接地连接方式改为杆外引线连接，连接 点采用热镀锌扁钢和热镀锌螺栓，并涂覆导电膜等改善连接。 ３）无避雷线区间，易受雷击杆塔安装避雷针或消雷器，或中相安装 氧化锌避雷器。氧化锌避雷器与传统的避雷器相比，具有体积小，重量 轻，结构简单、使用寿命长等优点。因为 ｒ＝作电压不会使氧化锌避雷器 阀片烧坏，所以不用串联间隙来隔离工作电压。氧化锌避雷器是利 ｝｝ｊ氧 化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，因此放电无延迟，过电 压效果好。 ４）架设避雷线。架设避雷线具有降低塔顶电位、降低导线上的感应 过电压等作用，避雷线对边导线的保护角一般来说是越小越好，一般采 用２０ｏ～３０。。 关跳故，防雷技术改造完成后，线路接地电阻大幅度下降，线路耐 军 表２九冯线部分杆塔改造前后接地系统电阻对比 杆塔号 改造前接地电阻（ｎ） ２２＃ ２３＃ Ｉ 改造后接地电阻（ｎ） ２．５ ２．５ ２３ ３＿３ 备注 ２１ ２３ ４ １４２ ２４＃ ２５＃ 焦煤电网近几年来，多条线路发生了雷击线路事故，给矿井的安全 稳定生产产生极坏的影响。焦煤电网内的３５ｋＶ架空线路约占焦煤电网 所辖线路的８５％，３５ｋＶ等级的架空线路的安全稳定运行对整个电网起 着至关重要的影响。通过对３５ｋＶ供电线路的防雷技术改造，提高了线 路的耐雷水平，减小了雷电灾害对电力系统的侵害。雷击事故随机性 大，要做好线路的防雷Ｔ作，就要稳扎稳打，解决关键问题，降低接地电 阻，加强线路巡护，及时排查隐患。但是我们也应该看到，雷电是一个复 杂的问题，只有各个部门的通力合作才能将雷电灾害带来的损失降到 最低。 参考文献 ２６＃ ５．２ ３‘２ ２、改造项目实施 事故发生后供电部门将九冯线原有避雷线延长至２６＃杆，全面巡 ［１］秦晶晶．３５ｋＶ配电线路防雷措施研究．长沙ＪＥ－ｖ－．大学硕士学位 论文．２００９０４０１ 查线路，逐一测试各个杆塔，将接地系统工频接地电阻值控制在５ｎ以 内，在容易遭受雷击的杆塔安装接闪器，并对焦煤电网所属所有的 （上接第１４０页） （４）同杆双回低电抗型线路 其布置型式如图４所示： ［２］宫杰输电线路防雷研究与设计．华北电力大学硕士学位论文， ２００８０５０５ 说明：系统轻载起动电机，是指分水变电站无负荷，分水泵站起动 第一台电机。系统满载起动电机，是指分水变电站一台变压器满负荷， 另一台变压器已带两台水泵运行，起动第三台电机的情况。 从表中可以看出，分水泵站起动时，调节母线电压达到６ＫＶ。 不管系统负荷情况如何，采用（２）、Ｃａ）、ｆ４）类型线路均能满足要求。但 是（２）类型线路造价高，而（３）、（４）类型线路造价相差不大，效果很好，特别 足（４）类型线路尤佳。设计推荐采用（４）类型线路即采用同杆双回路低电 抗型线路。 若采用（１）类型线路（即双单回线路）送电，可以通过有载调压使 出线电压达到６．４ＫＶ以上也可起动电机，但要保持电动机在额定电压 下运行，电动机只能吸收无功，起不到发无功的作用。 方案三的总投资为６９９．６１万元。 ３．结论 （３） 图４ （４） 上述四类线路形式在水泵起动过程中对母线电压的影响的计算结 果见下表 线路类型 母线 电压 １０Ｏ％ ｌ 分水泵站 电压 ７４．４％ 变电站 电压 ９７．５ 备注 系统轻载起动电机 （６ＫＶ１ １ＯＯ％ ２ ７４．５％ ８Ｏ．１％ ８０．２％ ９７．８ ９７．２ ９５．２ 系统满载起动电机 系统轻载起动电机 通过三方案的分析比较，可以归纳出以下结论： 方案三（设计推荐方案）与方案一（委托方案）和方案二相比，优点十 分明显。不仅能保证泵站电机安全可靠运行，而且工程投资省，周期短， 维护简单（费用也低），更能充分发挥工程的综合经济效益和社会效益。 因此宜将其作为实施方案。 最终，方案三的供电方式被审核通过。该工程于１９９８年６月竣工 和一次性试运行成功。同年８月一１Ｏ月，湖北省遭受了百年一遇的特大 洪水，分水泵站正好在抗洪救灾中发挥了重要作用，取得了良好社会效 益。其供电工程在随后的十几年中也经受了严峻考验，未发生电机启动 困难和运行事故。事实证明设计方案是成功的。 该方案的重要意义在于不仅能在汛期的抗洪救灾中发挥重要作 用，确保当地百姓的生命与财产安全，同时又能较好地为快速发展的地 区经济服务，因而也是其他地区进行泵站建设工程中值得学习与借鉴 的供电项目。 参考文献 （６ＫＶ） 系统满载起动电机 ｌ ３ １００％ ８０．Ｏ％ ９７．２ 系统满轻起动电机 Ｉ （６Ｋｖ） ８Ｏ．１％ ９５．２ 系统满载起动电机 ｝ ４ １００％ ８ｌ。３％ 『 ｆ６Ｋｖ） １４２一 ［１］ＧＢ＿Ｔ ５０２６５～９７泵站设计规范［ｓ］中华人民共和国建设部，１９９７． 『２］水利电力西北电力设计院电力工程电气设计手册：电气一次部 分ｊ Ｓ １．中国电力出版社，２００５ ［３］中娟娟，胡小湘泵站电机采用１０ｋＶ线路直接供电的工程实例 【＿Ｉ］水利水电工程设计，２ＯＯ５（４）． ９７．１ 系统轻载起动电机 ９５＿２ 系统满载起动电机 ８ｌ－４％ ［４］易立成注册电气工程师（供配电）执业资格考试强制性标准摘 编ｆ ｓ］中国电力出版社，２００４． 一
