35 kV 架空線系統(tǒng)防雷安全保障措施研究

雷 爽

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司，廣西百色 531499）

0 引言

電力能源是社會(huì)生產(chǎn)及發(fā)展的基礎(chǔ)，而架空線系統(tǒng)則是電力系統(tǒng)的核心部分，架空線系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性不僅影響會(huì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、社會(huì)電力能源供給，在很大程度上還會(huì)影響我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此必須不斷優(yōu)化、完善架空線系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，架空線系統(tǒng)依然存在很多防雷方面的問題，不及時(shí)解決則會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的架空線系統(tǒng)故障，阻礙電力產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

35 kV 架空線系統(tǒng)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及供電的關(guān)鍵，很多地區(qū)的電力供應(yīng)站或供電中心也積極構(gòu)建了35 kV 架空線系統(tǒng)，以提高電力電源供應(yīng)量、供電穩(wěn)定性及安全性。在各種先進(jìn)技術(shù)的支持下，35 kV 架空線系統(tǒng)已經(jīng)得到了優(yōu)化、升級(jí)及完善，但在實(shí)際運(yùn)行中依然會(huì)出現(xiàn)絕緣子及塔桿存在安全隱患、避雷器電壓分布不均勻、避雷器檢修工作不到位、接地裝置短路故障等防雷方面的問題，在不同程度上影響系統(tǒng)的防雷功能，甚至還會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的線路故障及安全事故[1]。所以，相關(guān)工作人員不僅要重視架空線系統(tǒng)的構(gòu)建及優(yōu)化，還需要結(jié)合實(shí)際制定和實(shí)施有效的防雷安全保障措施，以強(qiáng)化系統(tǒng)的防雷能力，從而提高35 kV 架空線系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性。

1 項(xiàng)目背景

以中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司（以下簡(jiǎn)稱“公司”）構(gòu)建的35 kV 架空線系統(tǒng)為例，該架空線系統(tǒng)共有6 條，總長(zhǎng)83 km，途經(jīng)廣西平果市7 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且該地區(qū)地貌主要以卡斯特山區(qū)為主，土壤富含氧化鋁泥土礦，存在多個(gè)雷電活動(dòng)頻繁區(qū)，這意味著下雨天架空線很容易遭到雷擊。但在構(gòu)建35 kV 架空線系統(tǒng)時(shí)，公司只采用了傳統(tǒng)的拉閘避雷方式，并沒有從線路設(shè)計(jì)、附近礦山生產(chǎn)等方面綜合考慮、分析和制定完善的防雷安全保障措施。該礦山主要是開采氧化鋁泥土礦，經(jīng)過二期和三期的升級(jí)改造，氧化鋁的產(chǎn)能從80 萬噸增加至250 萬噸，礦山的產(chǎn)礦量已經(jīng)成為影響到氧化鋁產(chǎn)量的一個(gè)重要指標(biāo)，所以礦山生產(chǎn)能否連續(xù)穩(wěn)定直接影響氧化鋁的生產(chǎn)。作為礦山生產(chǎn)的動(dòng)力供給線路，305#、306#線路能否安全穩(wěn)定也就顯得非常重要。但近幾年來305#、306#線路經(jīng)常出現(xiàn)受雷擊跳閘的現(xiàn)象，再加上線路已投運(yùn)多年，線路桿塔絕緣瓷瓶存在個(gè)別擊穿放電現(xiàn)象、防振錘銹斷脫離、避雷線嚴(yán)重銹蝕及防雷接地電阻不合格等現(xiàn)象。2018—2020 年，305#、306#線路因雷擊跳閘13 次，嚴(yán)重影響公司生產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定，所以加強(qiáng)35 kV 架空線系統(tǒng)防雷安全保障十分重要。

2 35 kV 架空線系統(tǒng)防雷安全保障措施

2.1 安裝雷擊在線監(jiān)測(cè)裝置

可將雷擊在線監(jiān)測(cè)裝置安裝在35 kV 礦山線桿塔上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在第一時(shí)間掌握架空線路遭受雷擊的數(shù)據(jù)，然后結(jié)合近些年架空線路雷擊跳閘事故的資料，重點(diǎn)排查活躍區(qū)桿塔線路[2]。例如，礦山305#線路52#～68#桿，礦山三期的12#～26#以及3 個(gè)礦區(qū)的線路末端，如果發(fā)現(xiàn)擊穿放電、防震錘銹斷脫離、避雷線嚴(yán)重銹蝕、接地電阻不合格等現(xiàn)，則更換超期服役或損壞的設(shè)備[2]，必要時(shí)可直接則立即增設(shè)絕緣子、避雷線、線路型避雷器。此外，還需要分析雷擊跳閘事故波形，然后根據(jù)工頻過電壓、操作過電壓、雷擊過電壓等確定雷電活躍區(qū)35 kV 桿塔的絕緣子片數(shù)，以增強(qiáng)輸電線路絕緣。

（1）基于工頻電壓，可以利用式（1）計(jì)算絕緣子數(shù)量n：

式中 n——海拔1000 m 以下每聯(lián)絕緣子片數(shù)

λ——為爬電比距離，cm/kV

Um——系統(tǒng)最高工作電壓或額定電壓，kV

Lot——單片懸吊式絕緣子的幾何爬電距離，cm

Ke——絕緣子爬電距離的有效系數(shù)

（2）基于操作過電壓及雷電過電壓，可以利用式（2）計(jì)算絕緣子串片數(shù)量：

式中 n——塔高、結(jié)構(gòu)高度修正后絕緣子片數(shù)

n0——計(jì)算基礎(chǔ)

L0——單片絕緣子的結(jié)構(gòu)高度，mm

h——塔高，m

L——實(shí)際使用的絕緣子的結(jié)構(gòu)高度，mm

2.2 加強(qiáng)接地電阻測(cè)量

需要對(duì)公司所屬的全部35 kV 架空線桿塔等進(jìn)行接地電阻測(cè)量，對(duì)接地電阻不合格的桿塔，從土壤電阻率、地形、地質(zhì)條件、勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)全方面分析，制定整改措施。具體如下：

（1）對(duì)每基桿塔附近的地形、桿塔四周的土壤電阻率等進(jìn)行勘察測(cè)量。

（2）根據(jù)線路地段雷電活動(dòng)規(guī)律確定防雷措施、桿塔接地電阻要求。

（3）調(diào)查線路桿塔所在地體的腐蝕及酸堿度。

（4）計(jì)算線路最大運(yùn)行方式下的接地短路電流、線路使用壽命，并制定切合實(shí)際的降阻措施（如水平外延接地、深埋式接地極）[2-3]。

2.3 充分利用避雷器防雷及電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處理重大隱患

以1#氧化鋁303#線和1#礦山305#線為例，后者的B 相接地與前者的A 相接地，形成異地A、B 兩相接地，305#線電流超過速斷定值、速斷跳閘。通過故障錄波計(jì)算303#線峰值電流大約2880 A，轉(zhuǎn)換為有效值1662 A，未達(dá)到跳閘電流值[3]。其中，303#開關(guān)過流定值為1536 A、1.7 s，速斷定值為4400 A、0.2 s，運(yùn)行電流為550 A 左右。

查看避雷器防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷史記錄，1#礦山305#線62#桿B 相8：21 顯示遭受雷擊，礦山三期線11#B、C 相8：22 顯示遭受雷擊。說明此時(shí)間段礦山線出現(xiàn)雷電，導(dǎo)致兩條線路存在異地短路的重大隱患。可借助避雷器防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、全電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)快速找到異地短路的位置，然后結(jié)合故障錄波系統(tǒng)分析并處理了異地短路的重大隱患。

此外，架空線和樹木安全距離不足，不僅會(huì)引起單相接地、兩相或三相短路等故障，還會(huì)增加架空線遭受雷擊的概率。因此，可以利用避雷器防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及全電壓監(jiān)測(cè)錄波系統(tǒng)檢查雷雨天氣時(shí)架空線路的是否正常運(yùn)行，一旦出現(xiàn)異常則應(yīng)立即進(jìn)行處理，提高架空線路的防雷能力。

2.4 建立架空線信息化數(shù)據(jù)庫

信息化數(shù)據(jù)庫不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種架空線路防雷技術(shù)狀況，還能結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和質(zhì)量統(tǒng)計(jì)工具等實(shí)時(shí)跟蹤35 kV 架空線路、防雷設(shè)備設(shè)施等。最后，利用GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）技術(shù)定位可能發(fā)生雷擊事件的位置，并快速建立檢修作戰(zhàn)室網(wǎng)站，制定和實(shí)施有效的防雷安全保障措施，減少因?yàn)槔讚魧?dǎo)致的故障處理時(shí)間。

2.5 制定完善的巡視標(biāo)準(zhǔn)，搭建電力巡檢平臺(tái)

可根據(jù)《110（66）kV～500 kV 架空輸電線路運(yùn)行規(guī)范》《電力設(shè)施保護(hù)條例實(shí)施細(xì)則》等制定巡視標(biāo)準(zhǔn)。為提升巡檢質(zhì)量和效率，還需要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)及云計(jì)算技術(shù)等搭建電力巡檢Web 無人機(jī)調(diào)度平臺(tái)，并完善相應(yīng)的無人機(jī)巡檢流程及制度，以規(guī)范無人機(jī)巡檢，從而快速且規(guī)范地識(shí)別出架空線缺陷。巡視內(nèi)容包括線路防護(hù)區(qū)、標(biāo)接地裝置、桿塔本體、橫擔(dān)及金具、設(shè)備標(biāo)志、絕緣子等，巡視準(zhǔn)見表1。

表1 巡視內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)

2.6 其他措施

（1）不斷提高35 kV 架空線路絕緣水平，如在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)域增設(shè)絕緣子、定期檢查線路和更換絕緣子類等。

（2）架設(shè)耦合地線，即在導(dǎo)線下方設(shè)置一定長(zhǎng)度的地線。

（3）減小保護(hù)角。可根據(jù)實(shí)際情況改造架空輸電線路保護(hù)角，必要時(shí)需要新建架空輸電線路、改造桿塔結(jié)構(gòu)。

（4）優(yōu)化避雷針設(shè)計(jì)。要重視并根據(jù)現(xiàn)有避雷針的不足及問題不斷優(yōu)化避雷針，必要時(shí)可聘請(qǐng)更高水平專家重新優(yōu)化設(shè)計(jì)避雷針。

（5）積極引進(jìn)各種先進(jìn)的避雷設(shè)備，如引進(jìn)氧化鋅避雷器（具有絕緣自恢復(fù)能力強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)）及跌落式間隙保護(hù)器（具有不受工頻電壓影響、使用壽命長(zhǎng)及安裝方便等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)）等先進(jìn)避雷設(shè)備。

3 結(jié)束語

加快電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展能提高我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平及社會(huì)生產(chǎn)力，而完善的電力系統(tǒng)則是推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，所以35 kV架空線系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)力發(fā)展有很大影響，因此必須不斷完善和優(yōu)化35 kV 架空線系統(tǒng)。在35 kV 架空線系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中依然存在很多問題，其中防雷問題最為突出，給系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性造成不利影響，所以為促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展必須解決現(xiàn)有的35 kV 架空線系統(tǒng)防雷問題。