35 kV輸電線路差異化防雷治理措施的研究與應(yīng)用

宰紅斌

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司晉城供電公司，山西 晉城 048000）

0 引言

目前，35 kV輸電線路大多為小接地系統(tǒng)，其特點(diǎn)是單相瞬時(shí)接地不會(huì)引起線路跳閘，因此，風(fēng)偏、鳥(niǎo)害、污穢等因素基本不會(huì)引起線路跳閘。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明雷電擊穿線路絕緣引起單相永久接地和造成線路相間故障跳閘，占線路跳閘總數(shù)的80%左右；由此可知降低線路雷擊跳閘率，即可大幅度提高35 kV輸電線路的可用系數(shù)。

1 雷擊跳閘原因

由運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，輸電線路雷擊跳閘高的主要原因是瓷絕緣子存在低值、零值，絕緣配置達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；桿塔接地裝置連接不可靠、接地電阻不符合規(guī)程要求，達(dá)不到泄流要求；防雷措施單一、針對(duì)性防雷措施應(yīng)用少和運(yùn)行維護(hù)不到位等。

1.1 瓷絕緣子存在低值和零值現(xiàn)象

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明瓷絕緣子由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)（20 a及以上），單相接地或雷擊閃絡(luò)后未及時(shí)更換的情況占低值、零值絕緣子總數(shù)的75%。這些線路由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、絕緣子劣化老化嚴(yán)重，沒(méi)有及時(shí)更新，造成線路耐雷水平達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，雷雨天氣極易引起線路跳閘。

1.2 桿塔地網(wǎng)存在的問(wèn)題

通過(guò)逐基測(cè)量桿塔接地電阻，按照一定比例（運(yùn)行20 a以上的線路不少于15%、運(yùn)行10～20 a的線路不少于10%、運(yùn)行10 a以下的線路不少于5%）數(shù)量開(kāi)挖檢查桿塔接地網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)桿塔接地網(wǎng)不合格的主要原因有桿塔接地電阻超標(biāo)（大于30Ω）、桿塔無(wú)接地裝置、桿塔只有接地引下線無(wú)接地極、接地極埋深不足、接地引下線連接不可靠、接地引下線和接地圓鋼直徑不合格、接地網(wǎng)腐蝕銹蝕嚴(yán)重，具體情況見(jiàn)表1。

表1 桿塔接地網(wǎng)存在問(wèn)題統(tǒng)計(jì)表

1.3 運(yùn)行維護(hù)方面存在的問(wèn)題

主要有防雷測(cè)試工作未按要求進(jìn)行，通道樹(shù)木清理不徹底，雷雨天氣容易引起單相永久接地和相間故障，低值、零值絕緣子未及時(shí)更換等。

2 防雷治理措施

針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查運(yùn)行資料，診斷現(xiàn)場(chǎng)地形、通道環(huán)境、絕緣配置、連接裝置（測(cè)試接地電阻和用鉗形電流表進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試）等，制定了詳細(xì)的差異化防雷改造措施。

2.1 改造原則

防雷改造以降低接地電阻為主要措施，只有接地電阻符合要求，才能使各項(xiàng)防雷措施落到實(shí)處。改造后接地電阻應(yīng)符合GB50061 66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范要求，即平原地區(qū)桿塔接地電阻應(yīng)小于7Ω，山區(qū)線路桿塔接地電阻應(yīng)小于15Ω，丘陵地區(qū)執(zhí)行山區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。在滿足上述要求的前提下接地電阻越小越好。

改造后應(yīng)確保設(shè)備功能滿足設(shè)計(jì)要求，即線路無(wú)低值或零值絕緣子，防雷接地裝置連接可靠，接地電阻符合要求，空氣間隙、交叉跨越和通道環(huán)境等滿足運(yùn)行要求。

差異化防雷改造措施按照試點(diǎn)先行，取得經(jīng)驗(yàn)后逐步推廣的原則進(jìn)行。

2.2 差異化絕緣治理措施

2.2.1 桿塔地形位置介紹

根據(jù)桿塔所處的位置不同，分為平地、山坡頂、山坡外側(cè)、山坡內(nèi)側(cè)。

2.2.2 導(dǎo)線三角形排列（上字型）改造方案

山坡頂中線保持原絕緣配置不變，左邊線（向陽(yáng)側(cè)） 在原絕緣配置上增加2片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子（配置至5片，下同）、右邊線按4片配置；山坡上中線絕緣配置保持不變，山坡外側(cè)在原絕緣配置上增加2片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子；山坡內(nèi)側(cè)在原絕緣配置上增加1片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子。

平地按中線5片、左邊線4片（向陽(yáng)側(cè)） 、右邊線3片配置。

復(fù)合絕緣子按照上述原則保持一相為復(fù)合絕緣子不變、另外兩相分別按增加1片和2片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子配置。

2.2.3 導(dǎo)線水平排列

山坡頂中線保持原絕緣配置不變，左邊線（向陽(yáng)側(cè)）按5片配置、右邊線按4片配置；山坡上中線保持原絕緣配置不變，山坡外側(cè)在原絕緣配置上增加2片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子；山坡內(nèi)側(cè)在原絕緣配置上增加1片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子。

平地左邊線4片、中線3片、右邊線4片配置。

復(fù)合絕緣子按照上述原則保持一相為復(fù)合絕緣子不變、另外兩相分別按增加1片和2片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子配置。

2.2.4 導(dǎo)線垂直排列

山坡頂、山坡上按上線3片、中線4片、下線5片配置。

平地按中線5片、上線3片（向陽(yáng)側(cè)） 、下線4片配置。

復(fù)合絕緣子按照上述原則保持一相為復(fù)合絕緣子不變、另外兩相分別按增加1片和2片結(jié)構(gòu)高度為146 mm的玻璃絕緣子配置。

2.2.5 耐張桿塔

耐張桿塔絕緣配置為瓷絕緣子的全部更換為玻璃絕緣子，按照上述原則進(jìn)行差絕緣改造，絕緣子片數(shù)增加后，導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)按等長(zhǎng)法進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)保證一相引流串為低絕緣配置，即3片。

3 地網(wǎng)改造措施

接地引下線材料采用Q235直徑不小于12 mm的圓鋼，接地極采用Q235直徑不小于10 mm的圓鋼，接地引下線應(yīng)熱鍍鋅防腐。

接地槽開(kāi)挖要求：對(duì)于山區(qū)開(kāi)挖深度用字母h表示，h≥0.5 m，對(duì)于耕地開(kāi)挖深度h≥0.8 m，寬度用字母a表示，a≥0.4 m；開(kāi)挖長(zhǎng)度b以滿足放射線長(zhǎng)度為準(zhǔn)。

3.1 地網(wǎng)改造要求

3.1.1 砼單桿改造要求

砼單桿地網(wǎng)改造應(yīng)在桿根接地螺栓連接位置H≥1.5 m外開(kāi)挖接地槽，然后分別延伸開(kāi)挖放射極接地槽 L1、L2。

3.1.2 砼雙桿改造要求

砼雙桿地網(wǎng)改造應(yīng)在桿根接地螺栓連接位置H≥0.5 m外開(kāi)挖接地槽，然后分別延伸開(kāi)挖放射極接地槽 L1、L2。

3.1.3 鐵塔改造要求

鐵塔地網(wǎng)改造應(yīng)在基礎(chǔ)位置H≥1.5 m外開(kāi)挖環(huán)網(wǎng)接地槽，然后分別延伸開(kāi)挖放射極接地槽L1、L2、L3、L4。

3.1.4 不同土壤電阻率參考值

地網(wǎng)改造前，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量土壤電阻率，根據(jù)不同的土壤電阻率確定地網(wǎng)改造方案，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法測(cè)量土壤電阻率時(shí)，可參照表2所列土壤電阻率。改造地區(qū)土壤電阻率＞300Ω·m時(shí)，應(yīng)更換為低土壤電阻率的土壤[1]。

表2 不同土壤電阻率參考值

3.1.5 不同地形與土壤地網(wǎng)改造要求

地網(wǎng)改造應(yīng)根據(jù)不同的地形與土壤分別對(duì)待，具體按表3的要求執(zhí)行。

表3中所列數(shù)值為最小限值，當(dāng)按上述要求改造后不符合要求時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)放射線長(zhǎng)度或增加放射線數(shù)量；兩根放射線之間的平行距離不得小于5 m。

3.1.7 放射形接地極改造要求

改造時(shí)放射形接地極（圓鋼）應(yīng)鋪設(shè)在接地槽的中央位置；山區(qū)采用換土改造時(shí)應(yīng)先在接地槽底部鋪設(shè)100 mm厚土層（低土壤電阻率的土），然后將接地圓鋼鋪設(shè)在中央位置，分層回填、每回填100 mm夯實(shí)一次，為防止水土流失，回填距地面100 mm處應(yīng)以石子與土按3∶1摻合后回填夯實(shí)。

3.2 接地引下線改造方案

接地體又叫接地極，是指埋入地中并直接與土壤接觸的金屬導(dǎo)體，用以向大地泄放電流。接地引下線是用以連接避雷線和接地體的導(dǎo)線，用于傳導(dǎo)避雷線上的雷電流，通過(guò)接地體流入大地，除必須斷開(kāi)處以螺栓連接外，其余均需焊接[2]。

線路防雷接地的主要目的是為了在線路遭雷擊時(shí)，將強(qiáng)大的雷電流安全導(dǎo)入地中，減少雷電流流過(guò)時(shí)引起的電位升高，提高線路供電的安全可靠性。所以，接地系統(tǒng)必須連接牢靠，才能保證雷電流的正常暢通，降低線路的雷擊掉閘率。

表3 接地網(wǎng)改造具體要求

由于鐵塔自身優(yōu)點(diǎn)，接地裝置只要焊接與螺栓連接部位牢固即可滿足要求。砼桿由于中間節(jié)點(diǎn)多、且鋼筋處于混凝土包裹內(nèi)，很難從外觀檢查其連接可靠性，為確保砼桿接地裝置可靠連接，應(yīng)采用以下方式進(jìn)行改造。

3.1.6 砼桿接地裝置改造方案

a)改造前應(yīng)做導(dǎo)通試驗(yàn)，不滿足要求的從砼桿頂部或焊口處引下接地線，材料選用Q235直徑不小于12 mm的熱鍍鋅圓鋼；單、雙砼桿接地引下線應(yīng)從桿頂側(cè)面（面向線路前進(jìn)方向左右兩側(cè)）引下至原接地引下線連接位置；為便于測(cè)量，其與接地引下線的連接仍采用螺栓連接。

b)接地引下線從桿頂引下時(shí)，中間必須與橫擔(dān)可靠連接，應(yīng)每隔3 m用扎帶固定一次。

c)當(dāng)線路有避雷線時(shí)，接地引下線應(yīng)用鋼絞線通過(guò)并溝線夾與避雷線可靠連接。

d)砼桿接地引下線連接螺栓將原來(lái)的內(nèi)連接方式改為機(jī)械加固外連接方式[2]，確保接地裝置連接可靠。

3.3 安裝避雷器方案

a)多雷區(qū)線路安裝避雷器應(yīng)按照輪流換相的原則進(jìn)行，即1號(hào)塔安裝左邊線、2號(hào)塔安裝中線、3號(hào)塔安裝右邊線，以此類推。

b)耐張桿塔安裝避雷器按照單相安裝的原則進(jìn)行，并根據(jù)桿塔所處地形合理選擇安裝相，平地、山坡頂安裝在向陽(yáng)側(cè)，山坡側(cè)安裝在山坡外側(cè)。

c)當(dāng)桿塔絕緣配置已實(shí)施差異化改造后，避雷器應(yīng)安裝在低絕緣配置的相上。

4 改造前后耐雷水平效果對(duì)比

按照試點(diǎn)先行的原則，選擇了2條歷年雷擊跳閘次數(shù)較多的35 kV JM線和YD線逐基進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，制定了具體的改造措施并實(shí)施，于2014年6月5日完成了全部改造任務(wù)，運(yùn)行至今，未發(fā)生雷擊跳閘，治理效果明顯。

4.1 改造前

35 kV JM線全長(zhǎng)17.8 km，共65基桿塔，其中混凝土電桿30基，鐵塔35基，全線直線絕緣配置為3片XWP-70型、耐張為2×4片XWP-70型，普測(cè)全線接地電阻大于30Ω達(dá)61%，部分桿塔接地電阻無(wú)窮大。該線路30號(hào)—60號(hào)處于高山大嶺與林區(qū)，塔位全部處于巖石和孤立山頭上，部分塔位需工作人員四肢并用才能到達(dá)，大部分桿塔無(wú)地網(wǎng)或?qū)⒌鼐W(wǎng)鋪設(shè)在塔基中間與基礎(chǔ)之下，根本無(wú)法滿足防雷要求，以至于每年都發(fā)生多次雷擊跳閘。

35 kV YD線全長(zhǎng)11.2 km，共40基桿塔，其中混凝土電桿34基，鐵塔6基；全線直線絕緣配置為3片F(xiàn)C-70型和3片XWP-70型、耐張為2×4片XWP-70型；普測(cè)全線接地電阻大于30Ω達(dá)43%，接地裝置不合格達(dá)33%；全線處于一般山區(qū)，雷擊跳閘頻發(fā)。

改造前有避雷線的35 kV線路，在一般土壤電阻率地區(qū)，其耐雷水一般為20～30 kA[3]。

4.2 改造后

接地網(wǎng)改造后，當(dāng)接地電阻在15Ω時(shí)，35 kV線路典型桿塔的耐雷水平可達(dá)28 kA左右。

差異化絕緣改造后，接地電阻同樣為15Ω的情況下，每增加1片絕緣子、耐雷水平可提高5 kA左右，況且接地網(wǎng)改造后接地電阻全部小于10 Ω，線路耐雷水平提高明顯。

修剪通道樹(shù)木5處，處理不合格交叉跨越2處，改造后通道環(huán)境和交叉跨越滿足防雷要求。

4.3 效果對(duì)比

改造前在2012年6月—9月以及2013年6月—9月區(qū)間，35 kV JM線雷擊跳閘次數(shù)分別為4次、6次；35 kV YD線雷擊跳閘次數(shù)分別為5次、8次。改造后在2014年6月—9月區(qū)間，該2條線路未發(fā)生跳閘，說(shuō)明差異化防雷治理方案科學(xué)合理，適宜逐步推廣治理其他雷擊跳閘率高的線路。

5 結(jié)論

a)根據(jù)小接地系統(tǒng)特點(diǎn)，35 kV線路安裝避雷器，不建議三相全裝，采取單相安裝或輪流換相安裝，防雷效果更加明顯；避雷器安裝運(yùn)行5 a后應(yīng)全面進(jìn)行檢查試驗(yàn)，不符合要求的應(yīng)及時(shí)更換。

b)應(yīng)保證接地裝置各部件連接良好，接地電阻值應(yīng)不大于規(guī)程要求。

c)差異化防雷改造絕緣子應(yīng)優(yōu)先選用玻璃和復(fù)合絕緣子，逐步淘汰瓷絕緣子，由于玻璃和復(fù)合絕緣子雷擊后絕緣自恢復(fù)性能好，在雷擊情況下可避免掉串發(fā)生，提高可用系數(shù)和有效避免設(shè)備損壞事件發(fā)生。

d)差異化防雷改造后，可有效避免雷擊引起的單相永久接地和單相異地接地與相間故障發(fā)生。

e)防雷工作沒(méi)有捷徑，只要將實(shí)踐證明成熟有效的防雷技術(shù)措施合理應(yīng)用，就能提高線路防雷水平，降低雷擊跳閘率。

[1]李光輝.架空輸電線路施工[M].湖北：科學(xué)技術(shù)出版社，2004:465.

[2]宰紅斌.輸電線路砼桿接地引下線專用連接螺栓的研制[J].山西電力，2008（3）：50-51.

[3]中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.DL/T620 交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國(guó)電力出版社，1997：13-14.