35kV架空线路的防雷保护技术措施

(临策铁路有限责任公司，内蒙古   呼和浩特   010000)

摘要：文章介绍了35kV架空线路的防雷保护技术措施：采用典型的防雷保护接线，在35kV线路变电站进出线段，架设避雷线，降低杆塔接地电阻;在无避雷线段杆塔上装设金属性消雷器，指出：这些避雷器防雷技术措施，可以使35kV线路免受雷击的危害。

关键词：大气过电压；避雷线；不平衡绝缘；避雷器；自动重合闸

中图分类号：U284.26+2      文献标识码：C      文章编号：1007—6921(2009)23—0119—02

目前，我国地方35kV线路分布很广，铁路应用35kV线路供电相对较少，而由我公司承建的新建铁路临河至策克线采用了35kV供电线路。35kV电力线路在雷雨季节遭受雷击机会很多。线路遭受雷击有3种情况：①雷击于线路导线上，产生直击雷过电压；②雷击避雷线后，反击到输电线上；③雷击于线路附近或杆塔上，在输电线上产生感应过电压。无论是直击雷过电压还是感应过电压，都使得导线上产生大量电荷，这些电荷以近于光的速度(每秒30万km)向导线两边传播，这就是雷电进行波。

直击雷过电压，轻则引起线路绝缘子闪烙，从而引起线路单相接地或跳闸，重则引起绝缘子破裂、击穿、断线等事故，造成线路较长时间的供电中断。雷电进行波顺线路侵入到变电站，威胁电气设备的绝缘，造成避雷器爆炸、主变压器绝缘损坏等事故，直接影响了变电站的安全运行。为了提高供电的可靠性，减少因大气过电压造成的危害，对35kV架空线路应采取以下防雷保护措施。
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1~2km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。为此，35kV线路和变电所要选择典型防雷保护接线，如图1所示：

图中：HY5W2-52.7/134型氧化锌避雷器；GB1-2-GXS(35/2-10)型管型避雷器。

GB1型的作用，当进线段外侧无避雷线段线路受雷击时，雷电波经过一段线路衰减后变形，陡度会降低，但仍很大，经GB1放电后，以降低侵入波的峰值和陡度；GB2的作用是：变电所是35kV双回路供电时，一回路运行，另一回路热备用时，断路器处于断开位置，当雷电波到达断路器触头就会产生全反射，电压可升高一倍，若没有GB2保护，触头间介质将被击穿，就会产生陡度的波侵入到变电所去，对具有线圈的电气设备的匝间绝缘是很危险的。因此，就必须安装GB2型管型避雷器或放电间隙。
2 35kV线路防雷保护的设计要求
2.1 避雷线的选择
2.1.1 杆塔的选择。带地线的35kV线路，要选用定型的杆塔，以确定避雷线悬点高度和与导线间垂直距离h和避雷线的保护角α=tg-1S/h(度)。一般水泥双杆h为3.25m~4m为双根避雷线，铁塔h为5.7m为单根避雷线，以满足角α为20°~30°的要求。
2.1.2 避雷线截面S的选择。避雷线截面和导线截面要适当配合：LGJ—35—70平方钢芯铝导线，选用GJ—25平方镀锌的钢绞线为避雷线，LGJ-95-185平方的导线，选用GJ-35平方的避雷线。
2.1.3 计算避雷线的应力和弧垂。适当选择导、地线的安全系数K=计算拉断力(N)/最大允许应力(N)。导线安全系数K为2.5-3；避雷线安全系数K为3.8~4，这样选择的目的是：避雷线的应力和弧垂与导线的应力和弧垂相配合，即满足在大气过电压条件下，无风，气温为115℃时，在档距中央，导、地线间最小距离SDB≥0.012LD+1(m)的要求，以防止避雷线受直击雷时发生闪烙，造成事故。当导、地线间的垂直距离n已确定，在大气过电压条件下(V=0、b=0、t=15℃)时，线路耐张段最大代表档距LD、导线的弧垂fD15、避雷线比载g1B为已知时，避雷线在此条件下其应力σB15按下式计算：

σB15≥LDZ·gB₁/8［h+fD15-(0.012LD+1)］(N/mm²)     (1)

σB15是在大气过电压条件下避雷线的使用应力，不是最大使用应力σBmax，以σB15和相应应力，不是最大使用应力σBmax，以σB15和相应气象条件，代入状态方程，分别求出最低气温t=-30℃和最大比载gB6或gB7时应力，选其中的大者作为避雷线的最大使用应力σBmax。以避雷线最大使用应力和相应控制气温为已知条件，可以求出避雷线的临界档距LBK，以确定控制条件：线路代表档距LD>LKB时，受最大比载控制，tm=-5℃;LD<LKB时受最低气温控制，tm=-30℃。

以避雷线最大使用应力σBmax和相应的气温条件tm为已知，利用状态方程式可以计算出各代表档距LD，气温从40℃至-30℃每隔10℃时的应力σBt，再利用抛物曲线原理计算出避雷线的弧垂fBt：

fBt=LDZ·gB₁/8·gBt(m)                       （2）

然后绘制避雷线弧垂安装曲线，其方法：按一定比例，以代表档距LD作为横坐标，以弧垂fBt作为纵坐标，根据计算结果，每隔10℃绘制成一条曲线，共七条曲线，作为避雷线施工紧线时查用。
2.1.4 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圆钢用方环型另加辐射方式布置，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。

雷雨季节前，每基杆塔接地装置的工频接地电阻值，应使用ZC-8型接地测量仪测试杆塔基础土壤电阻率ρ后再决定R值：
　ρ=2πσR(Ω·m)             (3)

式中：R——测试仪读数，Ω；

σ——四根金属探测棒等距离，m。

杆塔工频接地电阻值不超过表值：

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。
2.3 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，双杆安装两副，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。
2.4 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。
3 搞好线路的施工工作

搞好新建线路的紧放线工作，是保证导、地线弧垂相配合的关键。在连续档距架设导、地线工作，其弧垂大小要根据现场气温t，查看本工程设计的导、地线弧垂安装曲线，不能采用气象区不同、安全系数不同的其他工程的导、地线弧垂安装曲线。要选择适当弧垂测档距LC。若观测档距LC与本耐张段的代表档距LD不等时，则应根据代表档距查出安装曲线的弧垂值，然后折算到观测档距，折算公式为：
　f_C=f_D(L_C/L_D)²(m)            (4)

式中：f_C—观测档距实际应取的弧垂，(m)；

f_D—用耐张段的代表档距LD从弧垂曲线查得弧垂，(m);

L_C—观测档档距，(m);

L_D—观测档在耐张段的代表档距，(m)。

连续档紧线，导、地线的弧垂还要考虑初伸长的影响，可用降温补偿法，对钢芯铝导线降温△t-15℃;对钢绞线降温△t=10℃。降温后温度t"=t-△t,去查弧垂曲线，所查出的弧垂即为降温补偿之后代表档距的弧垂fD。对于弧立档导、地线紧线时，不考虑初伸长影响。

温度对导、地线的弧垂影响很大，现场测温应将温度计放置在与导、地线接近的地方。过去温度计放置在通风阴暗处，所测温度与导、地线直晒温度偏低，影响了弧垂。

对于只更换导线截面不更换避雷线的线路改造工程，避雷线的弧垂应根据新导线在大气过电压条件下的应力，弧垂重新进行计算，按新计算的弧垂重新调整避雷线的弧垂。

新线路完工后，要对每个耐张段的导、地线弧垂值进行验收，按弧垂曲线标准，其误差值不允许超过规定值，否则垂新调整弧垂。
4 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，其值不超过表1规定值，超过时应延长接地装置的接地圆钢，或打接地角钢，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，每年应进行一次仃电登杆检查，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仃电的情况下，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。
5 结束语

临策铁路有限责任公司承建的新建铁路临河至策克线35kV供电线路共计595km，在施工期间，我们按上述防雷保护措施对35kV线路进行技术施工，提高了线路质量。线路成型后，加强了对35kV线路的运行管理工作，经两年雷雨季节，从未因大气过电压发生过跳闸事故，供电的可靠性达到100%，已收到良好的经济效益和社会效益。

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