馬坑礦業(yè)10 kV架空線路防雷技術(shù)研究與實(shí)踐

唐 飛

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 工程概況

馬坑礦業(yè)為國(guó)內(nèi)大中型鐵礦，探明儲(chǔ)量為4.3×108t，年生產(chǎn)規(guī)模為5×106t/a。該礦井處于山區(qū)，地下賦存大量鐵礦石，年均雷暴日Td/（d/a）＞94，落雷密度Ng/（次/km2·a）＞10，屬于強(qiáng)雷電區(qū)。由于部分輸電線路建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)、線路材料老化、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及施工工藝存在問(wèn)題，且對(duì)所屬區(qū)域的雷電強(qiáng)度資料收集不夠全面，因此導(dǎo)致線路防雷能力不足，未能起到應(yīng)有的防雷效果，從而造成公司經(jīng)常遭受雷擊，影響正常供電，對(duì)礦井設(shè)備運(yùn)行造成重大安全隱患。

為解決原有系統(tǒng)防雷存在的系列問(wèn)題，結(jié)合馬坑礦業(yè)現(xiàn)有線路架設(shè)的缺陷，全面梳理了整個(gè)10 kV供電線路，提出在原有10 kV架空線路上端架設(shè)專用的避雷線，并在桿塔處增設(shè)接地等設(shè)備，使得架空線路避雷成效顯著。

2 馬坑礦業(yè)供電架空線路現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

馬坑礦業(yè)地處山區(qū)，礦區(qū)范圍廣，在電力傳輸方面采用了架空線路和電纜線路相結(jié)合的方式。架空線路所過(guò)之處多為高山和曠野，存在桿塔基礎(chǔ)點(diǎn)多、供電線路線長(zhǎng)、面廣以及地形復(fù)雜等特點(diǎn)。由于它暴露在自然之中，經(jīng)常會(huì)受到外界的影響和損害，其中雷擊影響占比較大，如何做好防雷工作是輸電網(wǎng)絡(luò)的重中之重。

目前，馬坑礦業(yè)共有架空線路13條，其中1條110 kV線路（同塔雙回），2條35 kV線路，10條10 kV線路，線路總長(zhǎng)42.1 km，桿塔174基座。

馬坑礦業(yè)在35 kV和110 kV架空線路建設(shè)中，設(shè)計(jì)較為規(guī)范，均有按設(shè)計(jì)建設(shè)避雷線路并裝設(shè)避雷裝置，因此整體運(yùn)行受雷電影響不大。但在10 kV架空線路中由于建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)、線路材料老化、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及施工工藝存在問(wèn)題，對(duì)所屬區(qū)域的雷電強(qiáng)度了解不夠透徹，因此存在線路防雷能力不足問(wèn)題，不能起到相應(yīng)的防雷效果，經(jīng)常因雷電造成全公司范圍內(nèi)停電。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在2019年度中，馬坑礦業(yè)因雷電造成架空線路拋線斷裂3次，避雷器炸壞7次，B相導(dǎo)線斷裂1次，瓷瓶裂開(kāi)2次，因供電中斷對(duì)井下排水和通風(fēng)等也造成了重大安全隱患。

3 馬坑礦業(yè)10 kV架空線路改造方案

3.1 供電線路優(yōu)化整合

結(jié)合馬坑礦業(yè)公司生產(chǎn)及后期技改發(fā)展需求，優(yōu)化整合現(xiàn)有的所有供配電架空線路，停用或拆除部分老舊線路，減少受雷電影響范圍。其中，老馬井線因架設(shè)時(shí)間較久，故障率較高且線路負(fù)荷利用率較低，多為外單位轉(zhuǎn)供電使用，存在較大安全隱患，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換現(xiàn)有線路負(fù)荷的方式，解決該供電線路供電功能后拆除。10 kV副西Ⅰ、Ⅱ線2#進(jìn)風(fēng)井支線及10 kV副東Ⅰ、Ⅱ線線路在主要供電服務(wù)范圍內(nèi)均完成供電使命，已無(wú)供電功能，可以退出服務(wù)，予以拆除。10 kV副西Ⅰ、Ⅱ線1#進(jìn)風(fēng)井支線該線路主要負(fù)責(zé)1#進(jìn)風(fēng)井供電，待該處2#副井地面變電所建設(shè)完成之后，1#進(jìn)風(fēng)井用電將由2#副井供出，此段線路可退出服務(wù)，予以拆除。拆除及整合統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

3.2 10 kV架空線路改造

10 kV副西Ⅰ線和10 kV副西Ⅱ線是目前馬坑礦業(yè)10 kV架空線路主供電線路，總共線路長(zhǎng)度約為10.4 km，承擔(dān)井下生產(chǎn)、通風(fēng)以及排水等約3 600 kW用電負(fù)荷。因該線路架設(shè)位置全部在山頂，位置較高且地處雷電高發(fā)區(qū)，因此極易造成供電線路被雷擊，對(duì)生產(chǎn)和安全造成極大影響。

該段架空線路在原建設(shè)中采用了絕緣架空線，但未設(shè)置避雷線，且部分接地極接地電阻經(jīng)檢測(cè)＞10 Ω，不能滿足規(guī)定需求[1]。受雷擊后經(jīng)常發(fā)生拋線斷裂、避雷器炸裂以及瓷瓶開(kāi)裂等供電故障。

輸電線路防雷基本措施有架設(shè)避雷線、增加避雷線與導(dǎo)線間距、加強(qiáng)線路絕緣、裝設(shè)耦合地線、安裝避雷針以及降低線路接地電阻等。根據(jù)馬坑礦業(yè)地理位置及線路架設(shè)情況，經(jīng)過(guò)綜合研判，本方案最終采用增設(shè)避雷線、重做接地系統(tǒng)、加強(qiáng)線路絕緣以及更換避雷器等方式綜合治理，充分解決防止雷電直擊供電線路、線路受雷后絕緣發(fā)生閃絡(luò)及之后產(chǎn)生的拉弧造成供電中斷等故障。

3.2.1 架設(shè)避雷線

充分借鑒110 kV全線路架設(shè)避雷線取得的防雷效果，在本線路技術(shù)改造中予以同樣架設(shè)專用避雷線路。利用原線路桿基的基礎(chǔ)上對(duì)該段架設(shè)增設(shè)避雷線，即在各原10 m桿（單桿、門桿）后正中方向新增一根15 m單桿作為避雷線桿，避雷線采用GJ-35型接地線。避雷線除了可以防止雷擊導(dǎo)線外，還具有分流作用，可以減小流經(jīng)桿塔入地的雷電流，從而降低塔頂電位，同時(shí)避雷線對(duì)導(dǎo)線的耦合及屏蔽作用還可降低導(dǎo)線及絕緣子上的感應(yīng)過(guò)電壓。在避雷線路建設(shè)過(guò)程中，要充分考慮到避雷線和導(dǎo)線的距離，如果避雷線距導(dǎo)線距離較小，則雷電繞過(guò)避雷線直擊導(dǎo)線的幾率大大增加，通常避雷線對(duì)架空線路角度應(yīng)＜25°。副西I線、副西II線避雷線架設(shè)示意如圖1所示，雙門桿加避雷地線桿示意如圖2所示。

圖1 副西I線、副西II線避雷線架設(shè)示意圖

圖2 雙門桿加避雷地線桿示意圖（單位：mm）

3.2.2 規(guī)范接地，有效降低桿基接地阻值

為有效解決雷電對(duì)桿塔頂部避雷線及絕緣子放電造成的雷電反擊，可通過(guò)減小桿塔阻抗和接地裝置阻抗，使架空線路和避雷線路受雷擊后不發(fā)生閃絡(luò)，從而提高輸電線路的抗雷擊水平。在降低接地電阻阻值方面，增加接地極的埋深和數(shù)量，使接地裝置的連接可靠，并在連接前清除連接部位的鐵銹及其附著物。接地裝置的焊接焊接方式為扁鋼與扁鋼搭接采用四面焊接，其搭接長(zhǎng)度應(yīng)超出扁鋼寬度的2倍，扁鋼與角鋼及鋼管焊接，應(yīng)使扁鋼緊貼角鋼外側(cè)兩面或緊貼3/4鋼管表面，上下兩側(cè)施焊，圓鋼與圓鋼連接采用雙面焊接，連接長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)圓鋼直徑的6倍，圓鋼與扁鋼連接采用雙面焊接，連接長(zhǎng)度應(yīng)超出圓鋼直徑的6倍。此外，當(dāng)土壤電阻率不能滿足要求時(shí)，適當(dāng)采用降阻劑或換土等措施，最終使接地電阻＜10 Ω，滿足規(guī)程要求，最好達(dá)到2 Ω以下。桿塔接地布置方式圖如圖3所示。

圖3 桿塔接地布置方式圖（單位：mm）

3.2.3 改變引流線連接方式，增加泄流能力

通過(guò)改變以往接地線與桿塔掛線的點(diǎn)接觸方式，通過(guò)采用全線路接地引流線有效連接桿塔兩側(cè)的架空線，來(lái)解決原接地線掛線采用螺栓連接造成的連接不充分和造成的雷電流泄漏間隙問(wèn)題，從而改善架空地線與接地引下線的連接效果，充分提高泄流能力，提高架空線路的抗雷電水平。

3.2.4 加強(qiáng)線路絕緣

增強(qiáng)線路絕緣水平可以有效解決雷電帶來(lái)的影響，如采用大爬距絕緣子、增加絕緣子數(shù)量以及增加空氣間距等措施，同時(shí)采用新材料新工藝，如玻璃絕緣子和防污絕緣子等，都可以提高輸電線路的絕緣水平和耐雷水平。其中，玻璃絕緣子具有機(jī)械性能好、抗污閃性能好、耐點(diǎn)腐蝕性優(yōu)異、抗老化性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、線路運(yùn)行效率高、重量輕以及維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)，可以在保證線路絕緣水平的同時(shí)解決維修難的問(wèn)題，廣泛應(yīng)用在供配電架空線路中[2]。

3.2.5 采用新型跌落式避雷器

為滿足線路防雷等級(jí)要求，在架空線路較高的桿基位置裝設(shè)避雷器。采用HY5WS-17/50-DL-TB型跌落式避雷器取代原固定式避雷器，可以解決避雷器在受雷擊損壞后拋線搭在金屬器具上造成失地現(xiàn)象，同時(shí)更換避雷器無(wú)需停電，可直接帶電更換，且更換避雷器時(shí)無(wú)需爬桿。

4 結(jié) 論

馬坑礦業(yè)10 kV架空線路在裝設(shè)專用避雷設(shè)施后，經(jīng)雨季運(yùn)行至今已由2019年度的10多次因雷電造成的停電減少到2020年度的0次，有效解決了馬坑礦業(yè)10 kV架空線路防雷問(wèn)題。在高雷暴地區(qū)的架空線路防雷解決方案中，可以綜合考慮線路的電壓等級(jí)、線路建設(shè)防雷水平、改造施工難易程度、氣象影響條件以及線路走廊綜合狀況等各方面因素，進(jìn)行綜合考慮，采取相應(yīng)的一種或多種措施進(jìn)行解決，最終達(dá)到供電線路防雷目的。