广播电视转播站防雷电保护技术实践

刘 军，叶建茹，姬苗飞，何小兰

（榆林市广播电视中心，陕西 榆林 719000）

0 引 言

湖北某市一电台位于山边。辖区年平均雷雨日达45天，为多雷区。电台长期受到雷电灾害的影响。从地区的闪电活动情况来看，架空线路和输电塔架后，因空间电场的失真而诱发了更多的雷击，其原因是10 kV配电网的避雷器经常遭到雷击。对此，技术人员对中继台配电网进行了实地调研和实地测试，对其目前的避雷技术问题进行了剖析，并提出了相应的改造方案。

1 转播站供电系统简介

10 kV配电线路是为中转台提供电力的专用线路，线路长度1 km，共18号杆塔。两端杆塔为抗拉棒，其余为直杆，直棒为P10型，抗张棒为悬挂型绝缘子。除了首一级铁塔至变压器的高压端使用LGJ-16型导线以外，其余部分使用LGJ-25型导线，并在各线路的末端设置一套坠落式保险丝。目前所用的变压器是一种30 kVA的油浸普通变压器，安装在两根排水管柱上，与中继台相邻。变压器的高压一侧装有一套避雷装置。

2 存在问题分析

2.1 线路绝缘配合不合理

根据现场调查，10 kV配电线路全部为P10型绝缘子。经实验室测试，发现P10型绝缘子的U50%放电电压为132.74 kV，而国标规定的10 kV变压器的全波雷电冲击耐受值为75 kV。测试数据表明，10 kV线路的衰减特性随频率的变化而变化，在低频段的衰减明显小于高频段，在架空转地缆或地缆转架空线处的衰减较大。高压直流输电线路绝缘配合的设计是为了解决杆塔和线路高度中心之间可能存在的所有间隙，包括控制塔、导雷导线、导地以及不同极性导线之间的绝缘选择和相互配合，具体内容是：根据不同的工程和大气条件，选择绝缘子类型，确定绝缘子串的数量，确定塔头的气隙、极性导体之间的距离等，以达到直流线路的合理绝缘水平。

我国地形复杂，线路多样，电网在维护过程中经常进行线路改造、负荷调整等操作，使得10 kV线路之间的关系发生变化。电压等级越高，地理位置越靠近城市中心，轨交线路越多，距离越近，变压器中性点的杂散电流平均值越大，偏磁影响越大。通过这种方式，10 kV输电线路的闪电过载幅度可以超过200 kV，严重危及电力系统的安全，严重时还会造成电力系统中的电力变压器等设施的不安全运行。根据经验，输电线路周围的闪电越多，闪电离传输线路越近，发生雷击的概率就越大[1-2]。

2.2 杆塔接地电阻过大

技术人员对9类配电线路的塔架进行了抽样，利用三级方法对其进行了测试，结果如表1所示。可以发现杆塔接地电阻过大，导致作业人员无法进行带电作业。接地电阻过大是一个很大的问题，如果不能及时发现并及时调整，可能会造成大范围的停电事故。接地电阻越高，地电位越高，给电力系统和人身安全带来极大的威胁。

表1 杆塔接地电阻测量值

2.3 发射塔接地电阻过高

根据实际检测，该发射塔接地电阻过高，接地阻值为20 Ω，具有很大的安全隐患。此外，中继台还存在台区表异常、相位角异常、用电异常等异常情况。

根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）的有关标准，重点发射台或微波中心基站的接地电阻应低于或等于5 Ω，而普通中继台要低于或等于10 Ω[3]。当出现电击时，因其高的接地电阻和较高的电压，极易引发反向故障。当其短路时，故障电流的方向和大小都会发生变化，从而增加其与系统之间的配合难度，从而影响其保护性能。这些问题往往会导致系统性能下降，影响系统的稳定性[4-5]。

2.4 变压器低压侧未安装避雷器

经实地考察，技术人员发现10 kV配中继台的低压端没有避雷器保护。在该地区，闪电活动强烈，如果变压器的低压端没有避雷装置的防护，那么，雷电的过电压就会传递到变压器上，并以“正变换”方式破坏，同时又会入侵到中继台的中继台，造成低压控制装置被破坏。而且当输电线路遭受雷击，产生的雷电波还会沿着线路传输到中继台，从而进一步引发重大事故。变压器是电力系统的关键设备之一，同时也是最容易发生故障的设备之一。变压器低压侧未安装避雷器，会影响装置的正常运行[6-7]。

3 改造措施

3.1 绝缘子并联加装可调式过电压保护间隙并设置特殊进线段保护

PKJ-10P可调过压保护器与10 kV线路绝缘子串并联，调节空隙的50%放电电压，使其达到90%～95%。采用可调过电压保护器对绝缘子进行保护，使雷击接地电弧通道迁移，减少了线路的雷击建弧率，从而减少了雷击跳闸的发生[8]。结果表明，在120.11 kV的冲击下，绝缘子没有出现闪络，且放电通道位于可调节保护间隙的球状电极之间。从表2可以看出，间隔122.9 mm的可调过电压保护设备可以用于10 kV架空配电线路。将其设在线路进转播站的5号杆塔，是一种特殊进线段保护，即由5级开始，逐步减小过电压保护器的工作间隔，直至终端杆与转播站的备用绝缘状态一致，并与配电变压器的高压侧的避雷器配合使用。通过分析终端塔架与6号塔架之间的防护间隙差异，逐步调整防护间隔间距。

表2 P10绝缘子并联可调式保护间隙试验数据

3.2 对进线段杆塔接地进行冲击优化

由于该站位于峰顶，土壤电阻较高，进线杆塔接地电阻较大。为避免进线发生雷击，必须对进线区头5号杆进行接地。具体的改造措施是：从主网铺设12 mm的镀锌圆钢到进线的前5级杆塔，深度为0.8 m。同时，在进线区内5号杆的横担上，将12 mm直径的镀锌圆钢焊成接地引下线，并与新铺设的镀锌圆钢进行可靠的焊接。

3.3 对发射塔接地进行冲击优化

通过实地测试，发现在发射台周围地区的接地电阻很高，很难把接地电阻降到达标。通过分析地面上的雷电分布特性和发射台的特点，对接地器的结构进行了优化，使冲击的阻抗最小，提出了以下改进方案。

（1）在距发射台4个角落1 m的地方铺上50×5的平面钢板，然后在距该环型地平面网外环2 m的地方设置一个圆形的横向地线，并将其边缘改变为圆形，以防止尖锐的角度产生放电。依据地势条件，在右侧两座塔基础上各设2条辐射带，长15 m，扁钢板深度1 m。

（2）采用50×5的扁钢将两个环状接地网片相距5 m处相连。对于横向接地体，可在基坑挖好后进行横向接地体的埋设与焊接。

（3）先用黏土充填约0.3 m，然后用原来的土壤充填到地表。

进行三级法检测后，检测发射台的接地电阻，最终得到阻值为8.4 Ω，满足了规范的要求。

3.4 变压器低压侧加装避雷器

在变压器的低压端装有一台低压避雷器，该装置在低压端出现闪电过压时，能够快速将电流通过高压引入地面，既能对高压线圈起到防护作用，又能避免电流对低压电器造成损坏。

4 结 语

尽管近几年广播电视转播站的选址和施工都充分顾及到了雷电灾害的可能性和危害，把防雷减灾工作列为广播电视转播站的建设、运行与管理工作的重中之重，但是，我国广播电视转播站的数目较多，地理分布较广，因此各台站防雷减灾工作的水平和能力参差不齐。对于广播电视转播站出现的闪电，针对其可能产生的各种风险因素，必须掌握其潜在的危险。此外，相关主体要加强对广播电视转播站防雷、抗震、建设等多方面的保护，以保证其安全与稳定。