对于35k V线路,一般不宜将输电线路的地线接入门型架,若此段线路受到直击雷雷击,雷电侵入波陡度大,将对变电站设备造成极大的损坏。靖北35k V变电站地处陕北黄土高原地区,自然条件恶劣,夏季雷电活动频繁,35k V输电线路点多面广,遭受雷击概率大,因此,对于靖北35k V进出线档的防雷保护十分重要。
因线路地理范围广,雷击输电线路的次数远多于雷击变电站,所以沿线路侵入变电站的雷电侵入波较为常见。虽然现变电站都安装了站内独立避雷针,但由于输电线路绝缘子串50%冲击放电电压,即输电线路绝缘水平比变电站内变压器及其它电气设备的冲击绝缘水平要高很多,雷电波易沿线路侵入,影响整个系统的安全运行。
靖北变接带35k V线路两回,该地区土壤电阻率经测试为146.176Ω·m。进线保护段为2-3km单根避雷线,避雷线终止于终端杆塔。对两回线路进出线档的防雷保护进行分析,发现一条35k V未在变电站内避雷针的保护范围内。规程规定,土壤电阻率小于500Ω·m的地区,终端杆塔避雷线可引至龙门架,但必须装设集中接地装置。从经济性角度考虑,提出在该线路终端杆塔装设一支5m高的避雷针,与站内避雷针实现进出线档的联合保护。
在35k V线路终端杆塔(A型杆)装设一支5m高的避雷针后,采用集中参数等值电路来分析计算,雷击塔顶避雷针时的等值电路,如图1所示。
其中,il--总雷电幅值,k A;ib--流经避雷线的电流,k A;igt--流经终端杆塔的电流,k A;Lgt--终端杆塔的等值电感,μH;Lb--杆塔避雷线的电感,μH;Rch—终端杆塔的冲击接地电阻,Ω;igt=βil,β为分流系数,雷击杆塔时,一部分电流会经过避雷线从其它杆塔入地。对于一般高度的杆塔,β可由杆塔电感Lgt与冲击接地电阻Rch串联后再并联避雷线的电感Lb进行计算。
设雷电流波头为斜角波,幅值为Ik A,波头长度为2.6μs,则其陡度为I/2.6,塔项的电位为:
将d I/dt=I/2.6代入,则杆塔顶电位幅值为:
则横担电位幅值为:
式中:hh--横担高度;hgt--杆塔高度。
在分析雷电过电压时,对220k V及以下线路可忽略导线上的工作电压。雷击塔顶后,塔顶电位升高,由于避雷线与塔顶相连,避雷线也且有与塔顶相等的电位,由于避雷线与导线之间的耦合作用,在导线上将产生耦合电位k Utop,该电位分量与雷电流极性相同。k为考虑电晕影响的导线与避雷线的耦合系数,雷击时,避雷线上的电位较高,将出现电晕,耦合系数将变电为原来的k1倍,即k=k1k0,k1为考虑电晕效应时的修正系数,k0为导线与避雷线间的几何耦合系数。
在发生雷击杆塔主放电时,导线上还存在感应电位,该电位分量与雷电流极性相反,即:
式中:α--感应过电压系数,α=I/2.6;hb--避雷线平均对地高度;hc---导线悬挂的平均对地高度。
耦合电位和感应电位共同组成导线上总的电位值为:
线路绝缘两端电压Ui等于横担电位Uh减去导线电位Ud-,根据(2)、(3)、(5)式,即:
如果作用于绝缘子串上的电压超过其50%冲击放电电压,绝缘子串会发生杆塔对导线放电导致的闪络,即反击。
线路终端杆塔为A字型水泥电杆,有拉线;塔高hgt=15.5m,横担高度hh=12.5m,避雷线平均对地高度hb=13.5m,导线平均对地高度hc=8.7m,工频接地电阻为R=6Ω;参考相关资料,取雷电流I=150k A,杆塔等值电感平均值取0.42μH/m,取分流系数β=0.9,耦合系数k0=0.25,耦合系数的电晕修正系数k1=1.15,冲击接地电阻系数取0.7。将数据代入公式(6),计算可得:
由计算结果可知:当杆塔的冲击接地电阻Rch=4.2Ω时,雷击杆塔避雷针时,线路绝缘子中上承受的电压幅值远远大于其50%冲击放电电压350k V,将产生反击。故在不采取任何措施的情况下,不能在终端杆塔上装设一支5m高的避雷针尖。
若要在终端杆塔上装设一支5m高的避雷针尖,而又不产生反击,根据现有条件,可以考虑降低终端杆塔的冲击接地电阻,根据公式(6),其计算公式为:
从计算公式可以看出,不管冲击接地电阻多小,即使为0,当雷击于终端杆塔避雷针后,都将引起反击。所以,在该线终端杆塔避雷针,虽然能够实现与站内独立避雷针联合保护进出线档线路,但是雷击概率增加,一旦被雷击,将引起绝缘子闪络,造成短路跳闸事故。
通过分析,不能采取在靖北变该35k V线路终端杆塔上装设避雷针与站内独立避雷针实现进出线档联合防雷保护,否则在雷击杆塔时会引起雷电反击,引起线路短路跳闸事故,并对变电所内的设备绝缘产生威胁,影响变电所的安全运行
摘要：雷电侵入波严重影响变电站安全运行,通过实际计算,对35kV线路进出线档的防雷保护进行分析,探讨在终端杆塔装设一支5m高的避雷针,与变电站内独立避雷针共同实现进出线档联合保护的可行性。
关键词：终端杆塔,避雷针,防雷,联合保护
[1] 穆建军.对于35kV线路终端杆塔上装设避雷针问题的商榷[J].
[2] 孙正来,余传兵.变电站35kV终端塔顶安装构架避雷针的可行性分析[J].
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