浅谈做好35kV架空集电线路防雷措施对安全生产的重要性

浅谈做好35kV架空集电线路防雷措施对安全生产的重要性

程 慧

中电建新能源集团股份有限公司云南分公司

【摘要】本文以投运的李子箐风电场集电线路雷击记录为样本，探讨雷雨天气35kV架空集电线路雷击跳闸原因分析和集电线路的防雷措施，提高供电可靠性。保证35kV集电线路安全可靠运行。

关键词：集电线路  防雷  措施

李子箐风电场安装单机容量为1.5MW的风力发电机组114台，以10回35kV集电线路，接入风电场升压站，线路总长101.76km，杆塔409基。每回集电线路各带10-15台风点机组。升压站内35kV母线采用单母分段线接线方式。

据统计，自2012至2020年5月李子箐风电场35kV集电线路因雷击跳闸18次占李子箐风电场跳闸事件的50%。对风电场的安全生产运行带来了严重的影响。  

架空集电线路是李子箐风电场电力系统的重要组成部分。由于它暴露在自然之中，故极易受到外界的影响和损害,其中最主要的一个方面是雷击。李子箐风电场集电线路所径之处为旷野山脉，集电线路长，雷雨季节雷电活动频繁，遭雷击的机率较大，雷击放电引起很高的雷击过电压，是造成线路雷击故障跳闸的主要原因，当有雷雨时经常发生线路跳闸。严重影响了集电线路的安全可靠运行。防雷措施成为我们考虑的重点工作。积极开展35kV集电线路雷害治理工作。显得至关重要。本文就李子箐风电场所属的35kV大坡顶Ⅲ回集电线路雷击跳闸原因分析。探讨35kV架空集电线路的有效防雷措施。

1 雷击的形式及危害

输电线路雷害的形式有两种，一是感应雷，二是直击雷。35kV及以上电压等级的输电线路雷害的原因则主要是根据经验和故障现象进行分析，因而比较难做出准确判断，这对于有针对性地采取防雷对策，十分不利。山间线路因地面附近的空间电场受山坡地形等影响，其绕击率约为平原线路的3倍。

雷电对电力设备绝缘危害最大的是直击雷过电压，直击雷过电压的峰值很高，破坏性很强，在输电线路上可能引起绝缘子闪络、烧伤或击穿，重者击断导线造成停电事故。

2 一起典型雷击跳闸事件分析

时间：2018年05月29日18时23分

 天气：雷雨、大风（风速：8.23m/s）

18时 23分12秒717毫秒35kV大坡顶III回388断路器跳闸，35kV大坡顶Ⅲ回接入的20至22号、25至33号共12台风机脱网。登杆巡视35kV大坡顶Ⅲ回线发现N5杆塔B相、N6杆塔A、C相绝缘子被雷击发生闪络。05月31日17时05分，更换 35kV大坡顶Ⅲ回线N5杆塔B相、N6杆塔A、C相绝缘子后送电正常。

事件设备动作时间统计

            故障录波图

保护装置动作信息

35kV大坡顶Ⅲ回线N5杆塔B相、N6杆塔A、C相绝缘子闪络

雷击跳闸原因分析

110kV东华升压站35kV大坡顶Ⅲ回线N5杆塔B相、N6杆塔A、C相绝缘子雷击发生闪络，造成35kV大坡顶Ⅲ回线三相短路。35kV大坡顶Ⅲ回线发生三相短路故障，形成短路电流Imax=62.22A，大于过流I段整定值15A；35kV大坡顶Ⅲ回线保护装置的“过流I段”正确动作，跳开35kV大坡顶Ⅲ回388断路器。

3雷击跳闸原因分析

线路的雷击跳闸率与线路的塔型、绝缘强度、接地电阻、沿线地形及雷电活动等诸多因素有关。

3.1线路所处位置地形地貌因素

集电线路将风机所发出的电能汇集到升压站，面临复杂的地形、地质、气候条件。雷击闪络线路所处的地形主要有山顶、山坡、山凹、大跨越及风口处。而这些都处于线路的易击段，如雷暴走廊、四周是山丘的潮湿盆地、土壤电阻率有突变的地带、突出的山顶、山的向阳坡等。

3.2雷电绕击因素

根据电网公司运行统计，雷电绕击跳闸率约占80%左右，是造成线路跳闸的主要原因，所以防止雷电绕击又是线路防雷工作的重点。雷电绕击率与杆塔高度、避雷线保护角及杆塔地面坡度呈递增函数关系。当塔高增加时地面的屏蔽效应减弱，绕击区变大。同时杆塔高度增加时电感增大，雷电流流过杆塔时产生的电压幅值增高。避雷线保护角与绕击区成正比，保护角越大形成的绕击区越大，从而使绕击次数增加。随着地面坡度的增大，导线的暴露弧段也将增大。当线路沿山坡走向架设时，山坡外侧绕击区增大，绕击次数增加，山坡内侧绕击区减小，绕击次数减少。满足设计规程要求的线路具有较高的防反击水平，但由于山区地面倾角的影响，大大降低了避雷线屏蔽的有效性，特别是转角塔，由于绝缘子倾斜，内角相导线向线路外侧偏移，从而减弱了地线对导线的防雷保护，使线路雷击故障的概率增加。

3.3其它因素

随着杆塔接地电阻的增加，线路耐雷水平会明显降低。线路架设密度的增加也会加大遭受雷击的几率。另外部分雷电流幅值超过设计耐雷水平，会直接造成反击闪络事故。绝缘水平不足造成耐雷水平下降。

因此在电气间隙允许的范围内，适当增加绝缘子长度是十分必要的。但是绝缘子长度的增加，必然会减少绝缘子串对杆塔的风偏裕度，增大了绝缘子串发生风偏跳闸的机率。在增加绝缘子长度的同时，需要增加相应的重锤片，才能解决线路防雷和防风偏两者统一的问题。

4 运行输电线路的防雷措施

运行输电线路改造防雷措施的目的是提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。在确定线路防雷改造方式时，应综合考虑系统的运行方式、线路电压等级和重要程度、经过地区雷电活动强弱、地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件，参考以往运行经验，根据技术经济比较结果，采取合理的保护措施。

4. 1 改造接地装置和降低杆塔接地电阻

改造接地装置，降低接地电阻，是防止架空输电线路雷害事故的有效措施之一。杆塔的反击跳闸率一般随接地电阻的增大而明显增高，且越高的杆塔反击跳闸率越高，降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的有效措施。在土壤电阻率低的地区，应充分利用自然接地电阻，在高土壤电阻率的地区，用一般方法难于降低接地电阻时，可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体,利用接地模块或采用接地降阻剂降低接地电阻值。

4.2 架设耦合地线

在雷电流活动频繁或经常遭受雷击的地段，可在导线下方另架1~2条逐基接地的架空地线(镀锌钢绞线)，通称为耦合地线，以改善耦合系数。耦合地线与避雷线一样，具有分流和耦合作用，可分流杆塔雷电流12%~22%，降低绝缘子串上承受的过电压，减少和防止线路绝缘的闪络。运行经验表明，耦合地线对降低线路雷击跳闸的效果显著，约可降低50%左右。但需注意，在导线弧垂较大时，档距中央耦合地线与导线间的空气间距应满足电气要求。在考虑架设耦合地线的方案时，还应对其进行可靠论证，因为该改造方案的施工费用相比起其他方案要高出很多，多数情况下性价比较低。

4.3加强绝缘

为了提高线路的耐雷水平，对个别经常遭受雷击的杆塔可增加1~2片绝缘子。另外，根据运行经验，对有避雷线的杆塔应逐基接地，接地装置的接地电阻在雷季干燥时，有避雷线的杆塔工频接地电阻不宜超过设计规程要求的数值。

4.4 投入自动重合闸

雷击故障约90% 以上是瞬时故障，所以变电站应投入自动重合闸装置，以便及时恢复送电。据统计，我国35kV 及以上的高压，线路重合闸成功率达75% ~ 95%，35kV 及以下线路为50% ~80%。因此规程要求“各级电压线路应尽量装设三相或单相重合闸”。同时明确强调“高土壤电阻率地区的送电线路，必须投入自动重合闸装置”。装设自动重合闸装置是防雷保护的有效措施之。

因调度不允许投运重合闸功能，电厂所有断路器均退出重合。

4.5 安装线路避雷器

加装避雷器及防绕击避雷针可有效降低线路遭受雷击闪络的概率。线路避雷器有多种类型，选择合适的避雷器对线路的防雷效果有直接关系。瓷套氧化锌避雷器由于重量大及其安全问题，不是理想的选择。管型避雷器虽具有较强的灭弧能力，但是这种避雷器具有外间隙，受环境的影响较大，伏秒特性较差，放电分散性大，同时会产生载波，不利于变压器等有线圈设备的绝缘。近年，国内外开展了应用氧化锌避雷器来降低雷击事故的研究，并已成功的将避雷器应用到线路.上，将复合外套避雷器安装到线路雷电活动强烈或者土壤电阻率很高、降低杆塔接地电阻困难的线路，提高线路的耐雷水平。

5 结束语

线路防雷是线路工作中非常重要的一部分，输电线路遭受雷击闪络而跳闸的相关因素较多，我们生产运行单位应认真总结、统计、分析雷害故障原因及防雷措施的应用效果，结合线路历年运行经验和沿线地形、地貌、地质、地势，在逐步摸清雷电易击点杆塔和多雷区段区域的基础上，因地制宜采取综合措施，以有效减少线路雷击跳闸。