MEG水电站35 kV输电线路防雷技术研究与治理

时间：2024-07-28

薛玉林，曾义昌

(中电建水电开发集团有限公司，四川成都 618000)

薛玉林，曾义昌

(中电建水电开发集团有限公司，四川成都 618000)

阐述了35 kV输电线路防治雷电过电压的现状、技术研究及治理措施，可以增进读者对35 kV输电线路雷电防护技术的应用与了解，特别是线路型避雷器在35 kV输电线路的成功应用值得推广。

防雷；线路型避雷器；研究；治理；推广；MEG水电站

1 概述

MEG水电站地处川西高原，35 kV输电线路作为MEG水电站生态机组电能的输送通道采用了单回架空线路设计，全长15．587 km，接入MEG水电站后经1#主变压器升压至500 kV并入四川电网运行。MEG水电站35 kV输电线路设计海拔为1 850～2 850 m，共有38基杆塔，线路采用LGJ－120/25型钢芯铝绞线为导线，采用GJ－35型镀锌钢绞线为地线。线路导线耐张串、直线串、跳线串均采用4片U70BP瓷质绝缘子，全线架设单根避雷线进行防雷保护，架空导线三角形排列，地线采用直接接地方式。

2 存在的问题

该线路自2012年10月投运以来，多次发生雷电过电压，不同程度地引起了线路跳闸和PT设备损坏等事故，给电站的生产、财产和安全造成不同程度的影响及损失，因此，对MEG水电站35 kV输电线路雷电过电压防护进行技术研究、治理势在必行。

3 雷电过电压防护现状研究

依据GB/T 50064－2014《交流电气装置的过电压保护与绝缘配合设计规范》要求，过电压保护设计包括线路雷电绕击、反击或感应过电压以及变电站直击、雷电侵入波过电压保护的设计。规范要求防止雷电过电压的措施有架设避雷线、降低杆塔的的接地电阻、架设耦合地线、加强绝缘强度、安装避雷器等措施。笔者通过对设备现状进行分析后确定防护措施。

3．1直接雷防护现状研究

当雷电直接击中导线或绕过避雷线击中导线时，导线上会出现较高的过电压，使绝缘子发生闪络，引起导线对地短路。MEG水电站35 kV输电线路全线采用单根架空避雷线进行直击雷保护，单根避雷线与B相(中导线)呈上下排列。特别是36#水泥杆，杆高约12m，避雷线距B相线的垂直距离约为0．5 m，距A、C相线(边导线)水平距离约为2．55 m。经计算，该避雷线能保护A、B、C相线，但由于避雷线及相导线随坡布设，各线下垂度不一致且避雷线会随风摇摆且摆动幅度不确定等原因，可能会导致避雷线对A和C相线不能完全保护。

计算过程如下:

将避雷线看成多个单根避雷针的集合，按照单根避雷针的保护半径进行计算，可知:

单根避雷针在hx高度的保护半径应按式(1)进行计算:

式中 rx为避雷针在hx高度的平面上的保护半径，m；h为避雷针有效高度，h=12 m；hx为被保护物的高度，hx=9 m；P为高度影响系数。

h≤30 m，则P=1。

将上述数据代入式(1)，可得12 m高的单根避雷针在9 m平面上的保护半径rx=3 m＞2．55 m (2．55 m为避雷线与边导线的实际水平距离)。

此计算说明:在线路静止时是能对A、B、C相线进行保护的，但此种情况为理想情况下。在实际情况中，由于受地形、风力、线路下垂等因素影响，可能会造成避雷线不能对A、B、C相线完全保护。

3．2 感应雷防护现状研究

雷电击中避雷线、避雷针或防雷引下线在泄放雷电流时会产生强变的电磁场，造成线路上产生感应过电压，感应过电压的大小一般为300～500 kV，过电压沿线路传导，如不采取相应的过电压保护措施，可能会造成设备损坏等，更为严重的是造成人员伤亡。因此，我们在完善防雷措施时，应考虑到对感应雷过电压的防护。

从调查情况看，MEG水电站35 kV输电线路0#塔(终点)无避雷器，因0#塔为进入厂房前的最后一处杆塔，如果不做好感应过电压防护，可能会导致感应过电压直接窜入厂房引发雷电事故。

3．3 接地保护现状研究

接地是泄放雷电流的重要措施。如果接地做的不好，将直接影响整个防雷效果。接地电阻过大，不但会影响雷电流的泄放，同时还因地电位反击而损坏设备，危及人员安全。根据GB/T 50065－2011《电流电气装置的接地设计规范》要求，在土壤电阻率大于2 000Ω·m的地区(MEG水电站35 kV输电线路设计取土壤电阻率为2 000Ω ·m)，线路杆塔接地电阻宜不超过30Ω，电站进出线段2 km范围内杆塔接地电阻不得大于10 Ω。同时，考虑到终端塔避雷器接地的要求，应以终端杆塔接地电阻不得大于5Ω为宜。

经测试，MEG水电站35 kV输电线路共有11基杆塔工频接地电阻值超出规范不超过30Ω的要求，共有1基终端塔工频接地电阻值超出规范不超过5Ω的要求。

4 雷电过电压的防护治理

近几年的运行数据表明:MEG水电站35 kV输电线路区域年平均雷电日高达60多天，大风天气司空见惯，从上述研究可知:多数线路杆塔的接地电阻值超过规范值，线路绝缘子整体耐雷水平不高，架空避雷线保护角容易受风力影响变小、感应雷防护措施不完善等，针对这些问题，我们及时采取了以下治理方案。

4．1 直接雷的防护与治理

如前所述，避雷线由于受地形、风力、线路下垂等因素影响，可能会导致其不能对A、B、C相线进行全保护，因此，应加装避雷针进行直击雷保护。从经济合理方面考虑，我们在易遭受雷击点位(主要是山顶、风口和进出站端)加装避雷针进行直击雷保护。相对于普通避雷针而言，阻抗避雷针由于存在一定的阻抗，在雷击避雷针时，雷电流大大减少，从而降低了接地网和杆塔的电位升高，避免反击，同时使附近设备金属导体上的感应过电压大大降低。因此，我们选择并安装了阻抗避雷针以实现直接雷的防护。

4．2 感应雷的防护与治理

经验表明:变电站因雷电侵入波形成的雷害事故有50%是距离电站2 km以内雷击线路引起的，约有71%是距离电站3 km以内雷击线路引起的，所以，加强电站进出线段的雷电防护是必要和重要的。

(1)采用在线路终端塔安装氧化锌避雷器进行过电压保护。

(2)线路型金属氧化物避雷器用于输电线路已较为成熟，在实际应用中已取得了非常好的效果，但其一般应用在110 kV及以上电压等级，在35 kV及以下输电线路中应用较少。但考虑到MEG水电站35 kV输电线路地势复杂，土壤电阻率高且为雷电活动较为强烈的山区，因此值得引入尝试。

经验表明:安装1组线路避雷器其耐雷水平可提高1～2倍；安装两组可提高2．5～3倍；安装三组可提高3～4倍。结合MEG水电站35 kV输电线路的实际情况，我们在2#、36#、35#、34#塔各加装了1组带间隙的线路避雷器，用以降低1#和0#终端塔的残压值，从而保护站内设备免受过电压的侵害。

4．3 接地系统的防雷与治理

接地是泄放雷电流的重要措施。如果接地做的不好，将直接影响整个防雷效果。接地电阻过大，不但会影响雷电流的泄放，同时还因地电位反击而损坏设备，危及人员安全。

根据要求:“电缆终端塔接地电阻不得大于5 Ω为宜”。0#塔为进入厂房的终端杆塔，测试接地电阻值为13．9Ω＞5Ω，故要对其进行整改。由于杆塔专用接地装置具备适合于野外、高山等缺水的施工现场；降阻效率高，是传统接地模块的5～10倍；接地电阻稳定，随季节变化影响较小等优点，我们采用增加专用接地装置的办法来降低接地电阻。计算过程如下:

(1)0#塔原地网接地电阻值为13．9Ω，若要使接地电阻值达到5Ω以下，改造新增地网需达到的接地电阻值R3:

其中 R1为设计要求电阻值，5Ω；R2为0#塔接地电阻值，13．9Ω；R3为新增地网接地电阻，Ω；η为利用系数0．9。

将以上数据带入公式(2)，可得:

(2)单根杆塔专用接地装置接地电阻Rv:

式中 Rv为单根杆塔专用接地装置的接地电阻，Ω；ρ为土壤电阻率，2 000Ω·m。

将以上数据带入公式(3)，可得:

(3)要使接地电阻值达到6．65Ω，所需杆塔专用接地装置数量为:

式中 Rv为100Ω；R3为6．65Ω；n为需杆塔专用接地装置的数量；η为利用系数，0．9。

将以上数据带入公式(4)，可得:

(4)验算:

17套杆塔专用接地装置达到的接地电阻为:

将以上数据带入公式(4)，可得:

杆塔专用接地装置与0#塔原地网接地电阻并联后总电阻为:

将以上数据带入公式(2)，可得:

故在0#塔处使用17套杆塔专用接地装置与原地网并联可达到设计中接地电阻不大于5Ω的要求。

根据同样的计算原理，我们对37#塔、36#塔、35#塔和1#塔也采用了增加专用接地装置的方法来实现接地电阻的改善。

考虑到专用接地装置成本较高，因此，对于线路中其余杆塔接地电阻超过30Ω的，我们均采用横截面积为100 mm2镀锌扁钢延长接地体长度、增加埋设深度来改善接地电阻。

5 雷电过电压防护治理取得的成果

5．1 杆塔接地电阻超标治理成果

2014年4月，我们对MEG水电站35 kV输电线路接地电阻超标的线路杆塔采用扁钢延长接地体长度和增加埋设深度以及对终端杆塔增加专用接地装置后，重新测试线路杆塔接地电阻已全部满足规范要求，最大的测值为17．6Ω，符合其小于30Ω的规范要求；线路终端杆塔接地电阻也全部小于5Ω，合格率为100%。2015年4月进行复测，合格率为100%。

5．2 直接雷电过电压和感应雷电过电压防护治理取得的成果

2014年6月，我们对MEG水电站35 kV输电线路实施了安装阻抗避雷针和在终端塔安装氧化性避雷器的工作，至2015年4月止，35 kV输电线路遭受雷击日约65个，但仅有1次引起线路PT绝缘损坏，说明线路防雷水平大大提高。

2015年5月，我们再次对MEG水电站35 kV输电线路防雷技术进行了研究，实施了安装线路避雷器的工作，至2015年8月底，35 kV输电线路共遭受强雷击日约35个，没再发生线路跳闸和设备损坏事故，说明该线路防雷水平进一步提高，雷电危害基本得到治理。