浅谈10kv集电线路防雷技术改造

冯永涛

摘 要：根据对10kv场集电线路经常遭受雷击造成线路和箱变、10kv开关柜内避雷器爆炸引起跳闸事故的跟踪观察和分析中发现，主要是由于雷电压幅值的增大，从而使避雷器不能很好地限制雷电压，导致部分雷电压经架空线侵入电气设备导致雷击事故的频繁发生。并通过对各种解决方案的可行性分析，我们认为加装线路避雷针、避雷线是解决雷击事故最为可行的方案，现就改造方案进行说明。

关键词：避雷针；避雷器；冲击接地电阻；雷电压

引言

目前，10kv输配电线路按技术标准都不安装架空避雷线，只是在线路两端装设避雷器，如某风电场共23台风机，利用4条10kv集电线路连接各个风机后，将电能输送至升压站内送出。原集电线路未架设避雷线线，只在架空引下电缆至风机及升压站的电缆分支杆、电缆终端杆处安装有避雷器及接地引下线。

1 防雷保护装置

1.1 110kv变电所电气设备的直击雷保护：变电所户外的四周共配置避雷针两只，均为塔式独立避雷针，高约为30m作为变电所区内的直击雷保护。

1.2 110kv及10kv线路的直击雷保护：根据规定，110kv线路一般沿全线架设避雷线，以起到沿线路的雷电侵入时的过电压保护。10kv线路由于电压等级较低不架设避雷线而只在风机终端杆塔和箱变开关系统侧，各相设置型号为YH5WX-17/50避雷器一只，以满足防雷保护和绝缘配合的要求。

2 原因分析

根据每年雷雨季节频繁出现的线路雷击故障可以分析出，该风电场所处的区域是非常容易遭受雷击。我们知道雷电流经接地装置泄放入大地时的接地电阻称为冲击接地电阻。它包括接地线电阻和散流电阻。流散电阻主要由接地装置的结构和土壤电阻率决定，土壤的电阻率越高，流散电阻也就越高，冲击接地电阻也就越大。当雷击杆塔的冲击接地电阻越大，塔顶电位上升就越高，雷电压幅值也就越大。即：雷电压幅值随冲击接地电阻的增加而增加。因此，避雷器为限制雷电過电压需要泄放的雷电流也就越大。本线路系统为中性点非直接接地系统，在出现单相接地的情况下，允许带故障运行2h，可能出现暂态过电压超过线电压，经计算对切除时间长于10s的系统，避雷器额定电压不小于17kv，也就是说流过金属氧化物避雷器的雷电流，随雷电压幅值增大而增大。通过对避雷器的放电分析认为：由于雷击产生的雷击过电压在线路上只有通过避雷器泄流的方式，来限制雷电感应过电压。当避雷器实际泄流值超过了避雷器的额定泄流值时，便不能很好地限制雷电感应过电压，导致部分雷电感应过电压经架空线侵入电气设备导致雷击事故的发生。如果，当避雷器实际泄流值远远超过避雷器的额定泄流值时，可能会引起避雷器自身的损坏，如烧毁甚至出现炸裂现象。

3 方案分析

通过分析我们认为防止雷击事故发生的方法大致可以从两方面考虑：（1）减小杆塔的冲击接地电阻。（2）减小流过避雷器的雷电流。

3.1 方案一

通过减小杆塔的冲击接地电阻来降低塔顶雷击电位，从而达到减小雷电流实现防雷目的。但是杆塔的冲击接地电阻不同于工频接地电阻，它是在雷电流作用下接地装置的接地电阻呈暂态电阻特性，一般与土壤电特性、接地装置形状及深度有关。如果改善杆塔的冲击接地电阻，可以对线路上出现的雷击过电压起到较好的泄流效果。

3.2 方案二

通过加装避雷线可以大大减小线路被雷击的概率。即使当雷击在线路上，避雷线也可以使部分雷电流通过避雷线流入大地，减少了避雷器的泄放电流，起到分流作用。从而使避雷器能很好地限制雷电感应过电压。但是加装避雷线需要投入较多的费用和较长的时间才能完成，同时必须将线路B相的导线由杆顶下移300MM。A、C两相同时下移400MM。

4 改进措施

4.1 本工程改造分三部分：

4.1.1 原10kv集电线路全线加装接地支架并架设单根接地线，路径长度8.6KM。

4.1.2 原线路除电缆分支杆及电缆终端杆等已经有接地装置的27基杆外，其余电杆均装设接地装置。

4.1.3 改造电缆终端杆及电缆分支杆的接地装置。

4.2 地线选型及防振措施

4.2.1 架设避雷线防雷是简单有效的防雷措施，本工程改造全线架设地线，地线型号选用GJ-35镀锌钢绞线。

4.2.2 对地线的初伸长对弧垂的影响采用降温法进行补偿。

4.2.3 地线使用安全系数为6，不采用防振措施。

4.3 杆头改造及地线支架安装

4.3.1 直线杆的安装

原直线杆导线为品字形排列，中相处于杆顶，为竖直支撑，上下层导线横担间距650MM，为加装地线，需要增加地线支架安装位置。故拆除上层中相导线抱箍，改为距杆顶300MM处安装U型抱箍加角钢的水平横担，并用针式绝缘子支撑导线。地线支架材料采用单根L75×8×2037角钢。利用两个间距300MM的U型抱箍及横向角钢固定于杆上。保持角度不大于300，避雷线利用接地引下线与接地装置连接，接地引下线采用Φ12镀锌圆钢。

4.3.2 耐张杆的安装

耐张杆也需要上层中相导线下移处理，上层导线横担下移400MM后距杆顶600MM，在杆顶利用钢管及锥型管做钢帽形状地线支架，支架顶部焊开孔钢板作为挂线板联接耐张串。避雷线利用接地引下线与接地装置连接，引下线采用Φ12镀锌圆钢。

4.3.3 拉线的安装

4.4.1 沿线地质情况

根据现场勘探及土壤电阻率测量情况，本工程沿线杆位以粉质粘土、强风化砾岩、中等风化砾岩为主，土壤电阻率普遍较高，以1000-3000Ω居多。

4.4.2 接地装置形式

对于电阻率3000Ω.M以上的杆位，若考虑采用水平接地体连接模块的方式，可能增加更多的成本，而且，10kv线路的档距一般在50M，水平射线与相邻杆塔的 接地射线已经相连可以做为延续接地体。故可以利用相邻的接地装置相连的方式，以降低接地电阻率。

水平接地装置安装完毕沟内回填时，应尽量采用较好的 土质进行回填，回填土不应夹有石块和垃圾等，外取的土壤不得有较强的腐蚀性，回填后应夯实。测量接地电阻时应将接地装置与引下线断开后进行测量。

参考文献

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