35kV架空线路的防雷保护技术措施

35kV架空线路的防雷保护技术措施

[摘要] 本文介绍了35kV线路遭受雷击后的危害。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，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金属性消雷器避雷器自动重合闸

0 前言

农网35kV线路分布很广，雷雨季节遭受雷击机会很多。线路遭受雷击有三种情况：一是雷击于线路导线上，产生直击雷过电压；二是雷击避雷线后，反击到输电线上；三是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30万公里）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1~2公里避雷线，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1 变电站典型防雷保护接线图

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20º~30º的要求。直线水泥双杆ZMD避雷线保护角如图2所示：

图2 ZMD水泥双杆避雷线保护角示意图

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

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圆钢用方环型另加幅射方式布置，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：

表1 杆塔接地电阻值

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，双杆安装两付，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、安全系数不同的其它工程的导、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：

fC=fD（LC/LD）2 （m）（4）