矿区35kV供电线路避雷系统技术改造
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摘 要：雷击过电压耐受能力差等致命弱点，一旦遭受雷击过压的冲击，轻则造成这些电力系统的运行中断，设备永久性损坏，更重要的是这些系统所承负的那些须实时运行的后续工作的中断和瘫痪，所造成的不可估量的直接与间接的影响和巨大经济损失。由雷击所导致的输电线路安全事故不断增加，所以在目前的电力系统升级改造过程中应该引起足够的重视。介绍35 kV原供电线路避雷系统存在的问题，阐述35 kV供电线路避雷系统改造的方案，并收到的良好效果。
关键词：供电线路 35 kV 避雷系统 改造
中图分类号：U28 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0043-02
1 概述
1.1 斌郎煤矿35 kV供电系统简介
达竹煤电集团公司斌郎煤矿地面35 kV变电所35 kV母线采用全桥单母线接线方式，变电所安装两台主变压器，型号为SZ11-5000/6。矿区供电电源来自本（集团）公司自备电厂石板选煤发电厂，供电线路双电源三回路，分别由矿区电网的石（石板电厂）斌（斌郎）线，石（石板）斌（斌郎）金（金刚）线和小（小河咀）斌（斌郎）线组成。三回线路供电电压均为35 kV，全部采用LGJ-120 mm钢芯铝绞线。供电线路距离分别为：石斌线6 km，石斌金线7.67 km，小斌线13.08 km。
35 kV供电线路避雷系统设计安装于20世纪80年代，线路避雷器采用管型避雷器，线路进出线端2.2 km采用GJ-35钢绞线作为避雷线防雷，电杆避雷引下线则采用混凝土电杆钢筋体穿顶引入埋于地下。
1.2 矿区系统供电现状
矿区供电线路主要以金属横担的砼杆为主的架空线路，线路主要按山地架设，送电线路多经过山林地带，地形较为复杂、土壤多为盆地页岩沙质电阻率变化较大，接地电阻难以达到规范要求，在历年的雷雨季节常发生线路闪络、供电瞬间中断事故，严重影响了线路的安全可靠供电。通过对2006-2007年对35 kV供电线路的地阻测试和避雷器不合格率以及供电事故的统计，见表1。可见整个35 kV线路接地系统存在着极大的安全隐患；线路接地不合格率2007年比2006年增加了4.4%，避雷器2007年的不合格率比2006年增加了2.5%，雷击事故占总中断事故的85%以上。
2 矿区35 kV供电线路存在的主要问题
35 kV供电线路在每季的接地电阻测试中，接地电阻阻值变化较大，不合格率较多，进而事故率增加。说明整个35 kV线路的防雷系统存在着极大的安全隐患，急需改造。通过对每条线路的实地勘查，主要存在以下问题。
2.1 矿区35 kV线路设计上存在的问题
（1）在接地方上由于采用简单人工体装置，线路主要是按山林地架设，表层土质薄，下层为页岩沙石，土壤电阻率高，对杆塔的接地电阻影响较大。有的部分杆塔所在地段基本上全为岩石，接地电阻的降阻困难大。线路设计建造时，没有提供每基杆塔所在位置测量的土壤电阻率及其分布情况，在设计接地装置时随意性较大，不是根据每根杆塔的地形、地势情况合理设计杆塔的接地装置，结果与实际情况不符，造成部分杆塔的接地电阻偏高。
（2）避雷线上由于35 kV供电系统只有在线路进出线2 km的范围内，因大气雷电的随机性和复杂性，再加上送电线路处于大自然之中，遭受自然的破坏可能性极大。对送电线路造成闪络或跳闸的主要原因是反击还是绕击等问题。这此因素都造成了防雷措施的针对性不强。
（3）避雷器的选择上管式避雷器采用的是自吹灭弧原理。放电伏秒特性较陡，时间较长，冲击放电和工频放电能力较差。
2.2 矿区35kv线路在维护上存在的问题
（1）接地体的腐蚀，特别是在山区的酸性土壤中，或风化土壤中，最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀。由于腐蚀使接地体与周围土壤的接触电阻变大，甚至使接地体在焊接头处断裂，导致杆塔接地电阻变大，或失去接地。
（2）在山坡坡带，由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露，失去与大地的接触。
（3）在施工时使用化学降阻剂，或性能不稳定的降阻剂，随着时间的推移降阻剂的降阻成份流失或失效使接地电阻变大。
（4）因线路已不断老化，维护不到位，使线路杆塔接地也存在着比较严重的缺陷。如：接地装置年久失修，锈蚀严重，残缺不全，接地电阻逐年增加。这些损坏的接地装置将导致系统耐雷水平严重下降，造成系统闪络。
针对斌郎煤矿35 kV供电线路避雷系统存在的安全隐患引起集团公司和矿领导的高度重视，经过可行性研究认为35 kV小斌线避雷系统改造势在必行，并于2008年1月实现了其避雷系统改造。
3.1 矿区35 KV供电线路接地系统技术改造方案
根据该地区域的地形、地貌、地质情况以及35 kV供电线路存在的具体问题，结合现场实际情况制定35 kV供电线路杆塔接地系统方案。
（1）每基电杆的接地引下线重新设计。有避雷线的电杆从避雷线上作接地引下线，其余电杆从导线横担上作接地引下线。
（2）矿区35 kV线路进出线端避雷线电杆和地形地貌较为突出易遭雷击、岩石土壤的杆塔采用放射式接地方式向电杆四周延伸。接地线采用直接接地方式，杆塔的接地装置采用水平布置接地体与原人工接地体相结合，接地体埋设深度为0.4～0.8 m。接地体采用φ10镀锌圆钢，接地体引出线采用φ12镀锌圆钢。根据不同的土壤电阻率选择其长度在96～200 m，很大程度上降低了接地电阻，增强了抗雷击的能力。
（3）引下线应分别接入地网以减少电感效应，每根接地射线均应直接连至杆塔接地引出端。杆塔的接地引出端附近设置一个钢并钩，便于接地射线的连接，便于检测接地射线的连通情况。
4 雷击跳闸分析
高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。
4.1 高压送电线路绕击成因分析
山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区送电线是不可避免会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节；在雷电活动相对强烈时，使某一地区段的线路较其他线路更容易遭受雷击。
4.2 高压送电线路反击成因分析
雷击杆塔或避雷线时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表示。
当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1>U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-（U1+Um）>U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。
5 矿区35 kV线路防雷技术改造方案
35 kV线路本身的绝缘水平较低。当雷击架空线路时，不论是感应雷、绕击雷过电压还是直击雷过电压都极易引起绝缘子闪络放电，造成单相接地时的工频续流不能尽早熄弧，进而发展成相间短路而导致线路跳闸。因此降低35 kV线路雷击跳闸率的关键是使线路避雷线的接地冲击接地电阻小。因而必须做好如下防雷措施。
（1）增加绝缘子降低建弧率，提高线路的绝缘强度，将直线杆原3片瓷瓶的增加到4片，耐张杆由原来的4片增加到5片。
（2）减小接地引下线的过渡电阻、接地网除锈补焊防腐。通过降低线路杆塔的冲击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。
（3）安装线路型避雷器。
通过实践证明在线路上安装YH10WX1-51/170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。如线路杆塔有下列几种情况下须安装线路避雷器。
①土壤电阻率较大的山区，在有金属矿床的地区、山坡与稻田接壤的地段和不同电阻率土壤的交界地段。
②湖沼、低洼地区和地下水位高的地方。
③线路杆塔之间出现大档距使得避雷线屏蔽作用失效。常发生绕击、侧击等现象的杆塔，需在杆塔上安装避雷器。
④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。需在本杆塔和相邻接地电阻小的杆塔上安装线路避雷器。
（4）搞好线路的维护工作。
①每月定期进行巡视检查，每年应进行一次定期维护，清扫绝缘子片，发现有放电、击穿的绝缘子应进行更换，提高线路的绝缘水平。
②定期对绝缘子进行测定，用不低于5000 V的兆欧表进行测定，当绝缘子的绝缘电阻小于500 MΩ时，即绝缘子不合格，应进行更换。
③每季定期进行每基杆塔接地电阻测定，对接近10 Ω的接地极进行检查并整改。
6 经济效益和社会效益
通过上述对矿区35 kV供电线路的接地系统及防雷技术改造后接地电阻明显减低，平均电阻在3.5 Ω左右，提高了防雷击的能力。因氧化锌避雷器具有响应迅速，残压低，通流容量大，无续流，工作稳定，保护可靠，可耐多重雷击等特点，有效地保证了矿区电网的安全运行。雷击闪络次数大幅降低。改造后的35 kV避雷系统，大幅度降低了维修量及维修费用，又锻炼了职工队伍。
7 结语
输电线路和线路雷电防护是一项长期工作，随着地区经济不断开发，山体地貌的变化，以及气候变化、雷击活动加剧，雷害事故明显增多，加强雷电参数及线路防雷分析，开展防雷改造、采取有效的防雷措施显得尤其重要。矿区35 kV供电线路避雷系统改造，施工工期短，改造费用低，安全运行效果好，既提高了供电的可靠性，又节省了大量维修费用。
参考文献
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