35kV終端桿塔裝避雷針的可行性分析

楊自廣(長慶油田分公司水電廠,陜西 西安 710201)

35kV終端桿塔裝避雷針的可行性分析

楊自廣(長慶油田分公司水電廠,陜西 西安 710201)

雷電侵入波嚴重影響變電站安全運行，通過實際計算，對35kV線路進出線檔的防雷保護進行分析，探討在終端桿塔裝設一支5m高的避雷針，與變電站內獨立避雷針共同實現進出線檔聯合保護的可行性。

終端桿塔;避雷針;防雷;聯合保護

對于35kV線路，一般不宜將輸電線路的地線接入門型架，若此段線路受到直擊雷雷擊，雷電侵入波陡度大，將對變電站設備造成極大的損壞。靖北35kV變電站地處陜北黃土高原地區，自然條件惡劣，夏季雷電活動頻繁，35kV輸電線路點多面廣，遭受雷擊概率大，因此，對于靖北35kV進出線檔的防雷保護十分重要。

1 防雷現狀分析

因線路地理范圍廣，雷擊輸電線路的次數遠多于雷擊變電站，所以沿線路侵入變電站的雷電侵入波較為常見。雖然現變電站都安裝了站內獨立避雷針，但由于輸電線路絕緣子串50%沖擊放電電壓，即輸電線路絕緣水平比變電站內變壓器及其它電氣設備的沖擊絕緣水平要高很多，雷電波易沿線路侵入，影響整個系統的安全運行。

靖北變接帶35kV線路兩回，該地區土壤電阻率經測試為146.176Ω·m。進線保護段為2-3km單根避雷線，避雷線終止于終端桿塔。對兩回線路進出線檔的防雷保護進行分析，發現一條35kV未在變電站內避雷針的保護范圍內。規程規定，土壤電阻率小于500Ω·m的地區，終端桿塔避雷線可引至龍門架，但必須裝設集中接地裝置。從經濟性角度考慮，提出在該線路終端桿塔裝設一支5m高的避雷針，與站內避雷針實現進出線檔的聯合保護。

2 計算模型

2.1 等值電路

在35kV線路終端桿塔（A型桿）裝設一支5m高的避雷針后，采用集中參數等值電路來分析計算，雷擊塔頂避雷針時的等值電路，如圖1所示。

圖1 雷擊塔頂避雷針時的等值電路

其中，il--總雷電幅值，kA；ib--流經避雷線的電流，kA；igt--流經終端桿塔的電流，kA；Lgt--終端桿塔的等值電感，μ H；Lb--桿塔避雷線的電感，μH；Rch—終端桿塔的沖擊接地電阻，Ω；igt=βil，β為分流系數，雷擊桿塔時，一部分電流會經過避雷線從其它桿塔入地。對于一般高度的桿塔，β可由桿塔電感Lgt與沖擊接地電阻Rch串聯后再并聯避雷線的電感Lb進行計算。

2.2 塔頂與橫擔電位

設雷電流波頭為斜角波，幅值為IkA，波頭長度為2.6μs，則其陡度為I/2.6，塔項的電位為：

將dI/dt=I/2.6代入，則桿塔頂電位幅值為：

則橫擔電位幅值為：

式中：hh--橫擔高度；hgt--桿塔高度。

2.3 導線電位

在分析雷電過電壓時，對220kV及以下線路可忽略導線上的工作電壓。雷擊塔頂后，塔頂電位升高，由于避雷線與塔頂相連，避雷線也且有與塔頂相等的電位，由于避雷線與導線之間的耦合作用，在導線上將產生耦合電位kUtop，該電位分量與雷電流極性相同。k為考慮電暈影響的導線與避雷線的耦合系數，雷擊時，避雷線上的電位較高，將出現電暈，耦合系數將變電為原來的k1倍，即k=k1k0，k1為考慮電暈效應時的修正系數，k0為導線與避雷線間的幾何耦合系數。

式中：α--感應過電壓系數，α=I/2.6；hb--避雷線平均對地高度；hc---導線懸掛的平均對地高度。

耦合電位和感應電位共同組成導線上總的電位值為：

2.4 線路絕緣上承受電壓

線路絕緣兩端電壓Ui等于橫擔電位Uh減去導線電位Ud-，根據（2）、（3）、（5）式，即：

如果作用于絕緣子串上的電壓超過其50%沖擊放電電壓，絕緣子串會發生桿塔對導線放電導致的閃絡，即反擊。

3 可行性分析

線路終端桿塔為A字型水泥電桿，有拉線；塔高hgt=15.5m，橫擔高度hh=12.5m，避雷線平均對地高度hb=13.5m，導線平均對地高度hc=8.7m，工頻接地電阻為R=6Ω；參考相關資料，取雷電流I=150kA，桿塔等值電感平均值取0.42μH/m，取分流系數β=0.9，耦合系數k0=0.25，耦合系數的電暈修正系數k1=1.15，沖擊接地電阻系數取0.7。將數據代入公式（6），計算可得：

Uj=882kV

由計算結果可知：當桿塔的沖擊接地電阻Rch=4.2Ω時，雷擊桿塔避雷針時，線路絕緣子中上承受的電壓幅值遠遠大于其50%沖擊放電電壓350kV，將產生反擊。故在不采取任何措施的情況下，不能在終端桿塔上裝設一支5m高的避雷針尖。

若要在終端桿塔上裝設一支5m高的避雷針尖，而又不產生反擊，根據現有條件，可以考慮降低終端桿塔的沖擊接地電阻，根據公式（6），其計算公式為：

從計算公式可以看出，不管沖擊接地電阻多小，即使為0，當雷擊于終端桿塔避雷針后，都將引起反擊。所以，在該線終端桿塔避雷針，雖然能夠實現與站內獨立避雷針聯合保護進出線檔線路，但是雷擊概率增加，一旦被雷擊，將引起絕緣子閃絡，造成短路跳閘事故。

4 結語

通過分析，不能采取在靖北變該35kV線路終端桿塔上裝設避雷針與站內獨立避雷針實現進出線檔聯合防雷保護，否則在雷擊桿塔時會引起雷電反擊，引起線路短路跳閘事故，并對變電所內的設備絕緣產生威脅，影響變電所的安全運行

[1]穆建軍.對于35kV線路終端桿塔上裝設避雷針問題的商榷[J].

[2]孫正來，余傳兵.變電站35kV終端塔頂安裝構架避雷針的可行性分析[J].

楊自廣（1973-）男，漢族，河南省清豐縣人，電氣工程師，主要從事油田電力運行維護管理工作。