35kv架空线路防雷

35kV架空线路的防雷保护

摘 要：结合工作经验，以及我国35kV输电架空线路的现状，分析、总结多种防雷措施；在雷电活动频繁的“易击段、易击点及易击相”以及山区和高土壤电阻率地区，采用综合防雷措施，能使线路投资省、效果好，是值得推广的技术。

关键词：35kV架空线路；防雷；避雷

35kV电网在我国电力工业中特别是在以架空线为主的城市近郊及农村供电网中占有相当重要的地位。以架空线为主的35kV线路多经过山区，连绵不断地分布在旷野上，极易遭雷击。绝大多数35kV线路为3~4片绝缘子，本身的绝缘水平较低。当雷击架空线路时，不论是感应雷过电压还是直击雷过电压都极易引起绝缘子闪络。通过降低线路杆塔接地电阻等措施在一定程度上可提高线路耐雷水平和降低绝缘子闪络概率，但要保证绝缘子不发生闪络是不大可能的。因此降低35kV线路雷击跳闸率的关键是使线路因雷击引起单相接地时的工频续流尽早熄弧，避免单相接地发展成相间短路而导致线路跳闸。

一、35kV线路雷电性能分析

35kV线路常用杆塔除两端外无架空地线，绝缘水平低。感应雷、直击雷、反击雷均可能威胁安全运行。图1中a和b分别为上、下层横担的长度，mm；L1为抱箍上装设角钢的长度，m。

图1 35kV线路典型杆型图

1.感应雷害：对一般高度的线路，规程建议，当雷击点与线路的距离d>65m时，

Ug≈25Ihd/d (1)

式中，Ug为导线雷击感应最大过电压，kV；I为雷电流辐值，kA；hd=12.4-2f/3，为导线平均高度，m；d为雷击点距线路的距离，m；f为导线弧垂，m。

f取为4m，Ug为374.5kV，绝缘子串的3片X-4.5的绝子串临界雷闪电压U50%=100+84.5×3=353.5kV，故至少需4片悬瓶组成绝缘串或S-380瓷横担才不会造成绝缘闪络。

2.直击雷害：雷击导线时绝缘子串闪络的雷电流I2=U50%/100=3.5kA，据lgP=-I/88，P为雷电流幅值概率，超过此雷电流的概率为91%，即91%的雷电流都可能造成绝缘子串闪络。

3.反击雷害：无避雷线时，雷击上导线对杆闪络后再向中导线反击，其耐雷水平： I1=U50%/(1-k)(Rch+(Lgt/2.6)+(hd/2.6)) (2)

其中，k为导线和避雷线(无避雷线时指上层导线)间的耦合系数；Rch为杆塔冲击接地电阻，Ω；Lgt为杆塔电感，μH。

经计算得k= 0.2， I1 = 20.16kA，根据lgP= - I/88，超过20.116kA雷电流的概率为58%。

二、提高35kV线路防雷水平的措施

1.降低线路接地电阻

35kV线路典型杆型的耐雷水平与接地电阻关系见图2。可见降低接地电阻，能够大辐度地提高其反击耐雷水平。

图2 不同地阻时35kV线路耐雷水平

为降低35kV线路接地电阻，除采取减小接地线过渡电阻、接地网除锈补焊、使用降阻剂等常用方法外，还采取以下综合措施降低接地电阻。

35kV线路横担接地点通常在横担抱箍处，通过穿心螺栓与接地引下线连接后与地网相

连。实际因施工过程中施工质量和长期锈蚀，穿心螺栓与接地引下线接触面脱开或接触面积小，造成未接地的情况，这在运行中发现多次。整改措施是改变原点对面接地措施，在上下层导线横担面上与接地引下线联接(面对面接地)，通过接地引下线与地网相连。

35kV线路通常采用1根约100m的圆钢作接地线。但在土壤电阻率稍大处接地电阻通常不能<30Ω，运行单位改为采用4根约30m的圆钢焊接成放射状地网，接地电阻一般能<5Ω，且在雷电波冲击下，冲击电阻较工频电阻大大降低。在地势多变地区，土壤电阻率变化较大，同一基电杆，不同方向测得的土壤电阻率相差很大。测试不同方向接地线的电阻值相差达7Ω，故向其低的方向延长埋设地网。

2.提高线路绝缘水平

35kV线路雷击跳闸率高的一个原因是其绝缘水平较低。早期采用瓷横担绝缘子S-280，雷击冲击闪络电压为280kV；后建设新线路均采用瓷瓶串，一般为3片XP-7绝缘子，临界雷闪电压为353kV。如前述，雷击线路附近大地时，感应过电压可达374.5kV，极可能引起三相绝缘闪络跳闸，同时反击耐雷水平也极低，接地电阻为10Ω，杆型大致不变时，耐雷水平仅为11kA。绝缘水平提高减少了感应雷的危害，同样10Ω的接地电阻，反击耐雷水平增至29.4kA。提高线路绝缘水平，在运行中要做好低值或零值绝缘子的检测，防止雷击时因串中零值绝缘子存在而使其绝缘下降，甚至发生绝缘子炸裂掉串事故。

3.安装线路型避雷器

实践表明，避雷线的防雷效果在平原地区很好，而在山区，因地形、地貌的影响，经常出现绕击、侧击等现象，使得避雷线屏蔽作用失效。35kV及以下线路，按规程一般只在发电厂、变电站的进出线段架设1~2km避雷线，并不沿全线架设。因此，线路因雷击而

跳闸的事故非常频繁，电网的运行安全受到很大的威胁。

通过实践证明在线路上安装线路型复合外套金属氧化物避雷器，可以极大地提高架空输变电线路的抗雷击性能，降低线路雷击跳闸率。

下列情况可考虑选用线路型避雷器：

(1)多雷区且历年雷击跳闸率高的输电线路杆塔。

(2)新建线路(或已建线路)中，接地电阻难以达到技术要求，同时又有遭受雷击可能的杆塔。

(3)经常遭雷击，但供电可靠性要求不是特别高的线路。

(4)当杆塔接地电阻较小时(如15Ω)，杆塔电位升高对绝缘子的反击可能性较小，主要考虑雷电绕击导线，故单回线路以在两侧各装1支(共2支)氧化锌避雷器为宜；双回线路可在上面两侧各装1支(共2支)；当杆塔接地电阻较大时(如60Ω)，主要考虑雷击杆塔的反击，单回线路可在三相各装1支(例如最上端)，双回线路可在最上端各装1支(共2支)，这主要是从经济方面考虑，要达到更好的效果则最好装3支。

(5)当有避雷线时，流经氧化锌避雷器的雷电流能量相对较小，一般约为20kA以内。标称放电流5kA的氧化锌避雷器可通过4/10us大电流40~65kA，完全可满足要求。当要求保护的可靠性更大时，可选用标称放电流10kA的氧化锌避雷器，它可通过4/10us大电流100kA。200kV及以下电压等级的氧化锌避雷器没有必要选用标称放电流20kA的氧化锌避雷器。没有避雷线时(如35kV系统)，流经氧化锌避雷器的雷电流能量较大，应选

用YH10WX5-51/134(L)氧化锌避雷器。

4.增设架空避雷线

没有架空地线的35kV线路，其雷害最严重的后果是导线断落和瓷瓶串掉串，危及设备和人身安全。故在雷电活动集中的易击区域、重要跨越、人口稠密区等增设架空避雷线，防止雷电直线于导线或绝缘子串。图1杆型中，加装一付抱箍，在其上装设1或2根角钢，然后地线装设挂线金具。避雷线的线路应防止雷击档距中央反击导线。15℃无风时，档距中央导线与避雷线间距离应为：S1=0.012l+1，式中：s1为导线与避雷线间的距离，l为档距长度，避雷线的弛度小于导线弛度，故L1+1.6+Δf=s1即满足要求，L1为抱箍上所装角钢长度(见图1)，m；Δf为导线与地线弧垂之差。装设避雷线后，该杆型的耐雷水平据规程计算，接地电阻为10Ω时，雷击于地线，一侧下导线闪络后再向另一侧下导线反击，经计算得耦合系数为0.399，其耐雷水平I1=53.4kA。比无避雷线时提高了19.5kA。且增设避雷线后，对导线的保护角为16.5°。与降低接地电阻配合，架设避雷线可取得很好的防雷效果。

5.搞好线路的维护工作

新线路投入运行后，由于杆塔接线的松动，基础下沉等原因，都会使杆塔发生倾斜，使导、地线的弧垂发生变化，因此应定期对导、地线的弧垂进行检查，发现超过误差标准应进行调整。由于天气干旱，使杆塔基础土壤电阻率增加，因此每年在春季干旱季节，应对每基杆塔(不连避雷线)的工频接地电阻进行测试，使接地电阻值达到标准要求。运行线路上瓷质绝缘子，因长期处在交变的电场中，绝缘性能会逐渐下降，在受到雷击大气过电压或操作过电压时就会发生闪烙、击穿、绝缘可能降为零值。因此，应定期进行巡视检查，每年应进醒一次停电登杆检查，清扫绝缘子片，发现有放电、击穿的绝缘子应进行更换。

对运行多年的绝缘子应在停电的情况下，用不低于5000V的兆欧表进行测定，当绝缘子的绝缘电阻小于500MΩ时，即认为绝缘子不合格，应进行更换。摇测方法:线路先分段，再分串、分片进行，测出不合格的绝缘子片。

三、35kV线路防雷的综合治理及存在问题

35kV线路耐雷水平低、雷击跳闸率高，需有针对性地采取多种防雷措施。线路耐雷水平与地阻关系见图3。<10Ω时，增设架空避雷线和绝缘子都能明显提高线路的防雷水平；>40Ω时，只有安装避雷器和耦合地线才有明显效果。

图3 不同地阻、避雷线和绝缘时35 kV线路的耐雷水平

根据线路运行中雷电活动情况和易击杆段，对雷击跳闸率高的线路进行综合治理。

四、结语

近年来，雷击跳闸率高的35kV线路主要是未进行防雷综合改造的新架设线路。而原跳闸率最高的线路经过防雷综合治理，雷击跳闸率均大辐下降。说明35kV线路需在设计和建设时考虑加强防雷措施，更需在运行中采取针对性措施提高线路的防雷水平。架设避

雷线，对提高反击耐雷有重要作用，但存在绕击或侧击现象；加强绝缘，受杆塔尺寸及投资的限制，无法有效地降低雷击的跳闸率；装设避雷针，投资较大，一般极少采用；降低杆塔接地电阻，对减少雷击反击跳闸率有决定性作用，但高土壤电阻率地区难以降阻，并且超过耐雷水平的雷电流仍将引起线路跳闸。对于高山多雷区地带架设35kV及以下架空输电线路，技术规程不要求全线架设避雷线，安装线路型避雷器是较合适的选择，它具有安装方便、性能可靠、维护简单、体积小、重量轻等优点。安装线路型避雷器与全线架设避雷线的杆塔比较，能降低杆塔的高度及机械强度，降低施工难度，具有加快工程施工速度、节约投资、避免绝缘子闪络、减少跳闸停电等优点。