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一起35kV供电设施雷害分析及治理

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：刘世华

[导读] 摘要：本文针对一起35kV供电设施雷害进行分析，提出了雷害治理措施，提高了该项目供电可靠性。

        中国葛洲坝集团电力有限责任公司
        摘要：本文针对一起35kV供电设施雷害进行分析，提出了雷害治理措施，提高了该项目供电可靠性。
        关键词：35kV输电线路；雷击事故；进线段；治理
        一、背景介绍
        卡杨公路供电系统位于凉山州木里县雅砻江印把子～矮子沟～松坪子山区，主要包含1条35kV单回架空输电线路（其中印矮线段16.2km、矮松线段29.9km、茶地沟T接线段1.35km）、3座35kV变电站（矮子沟#1配电室31B、羊窝子#1配电室32B、松坪子#1配电室33B）及10kV供电设施若干，电气主接线见图1所示。卡杨公路供电系统原为专用公路施工电源，2011年起分多阶段建设投运，由多家单位施工、各自运行，35kV变电站于2017年1月初投运后，供电系统转交某单位统一运维管理。

        图1 卡杨公路供电系统电气主接线图

        矮子沟#1配电室31B    羊窝子#1配电室32B    松坪子#1配电室33B
        图2 故障变压器现场照片
        35kV输电线路设计海拔1810～3760米，沿线基本为高山大岭，部分线段沿雅砻江河谷高山陡坡行线；导线为LGJ-185/30（轻中冰区：20mm以下）、LHBGJ-185/30（重冰区：20～60mm），地线为GJX-50（轻中冰区）、GJX-80（重冰区）；悬垂、耐张绝缘子串片数分别为4/5片（3500m以下/3500m及以上）、5/6片。线路采取差异化防雷措施，除部分耐张段架设单根地线外，其他线段架设双地线，地线对导线保护角不超过25°。
        二、雷害事故情况
        凉山州地闪密度分布以C1级为主，木里县是凉山州雷暴发生高度重灾区。35kV输电线路设计采用的年平均雷暴日数为86.3。2017年仅6、7月间，35kV印松线发生6次雷击跳闸。同年9月9日晚至10日凌晨矮子沟片区发生较强雷电活动，10日00时30分左右印松线发生跳闸，后巡视发现3台35kV变压器受损，35kV母线避雷器均有动作记录。故障变压器现场照片见图2所示。
        故障变压器放电痕迹均为AB相高压线圈间绝缘放电，经现场检查试验，3台变压器高压线圈绝缘已击穿。
        三、雷击事故原因分析
        31B、32B、33B由不同制造厂生产，运行时间仅9月，故障前变压器运行良好，查阅出厂试验、现场交接试验记录完整、数据无异常。从故障现象、结合气象条件可初步判断：35kV印松线遭受雷击，雷电侵入波造成3台变压器故障。
        因35kV输电线路竣工资料缺失较多，线路未装设雷电定位系统，避雷器未安装计数器，也缺少邻近线路的雷电监测数据。而附近某220kV输电线路多次发现多处线路避雷器与导线的引接线因雷击后烧断，说明本地雷电流幅值较大。以下仅从避雷器配置与检测、配电室及杆塔接地装置测试、线路地线架设等关键要素进行事故原因索源。
        1.避雷器配置与检测情况
        各配电室35kV、10kV母线装有避雷器，35kV为HY5WZ-51/134，10kV为HY5WZ-17/45。各配电室35kV进线均为架空转电缆引入（长度超过50m），仅羊窝子配电室34+4#进线杆塔装有避雷器（HY5WZ-51/134），矮子沟、松坪子配电室进线杆塔未安装避雷器。35kV输电线路在9#、15#～17#、22#等10处杆塔装有线路避雷器（HY5CX-51/134K）。
        经检测，有多只线路避雷器试验不合格。现场检查时发现，数处线路避雷器的接地引下线安装错误——引线由避雷器底座下部引至接地体，人为阻断了避雷器泄流通道。经现场踏勘发现，线路避雷器安装部位不尽合理，查阅施工图纸发现原设计仅提供了避雷器安装示意图，提出了“在易受雷击的山顶杆塔等处安装避雷器”要求，并未对需安装避雷器的具体杆塔作出要求。
        2.35kV配电室及杆塔接地装置测试情况
        35kV各配电室接地装置测试分别为0.6Ω、2.9Ω、3.1Ω，均小于4Ω。测试配电室进线段杆塔的接地装置，发现部分杆塔接地电阻偏大，如35kV矮松线段34+3#杆塔接地电阻值达45.1Ω；部分杆塔接地电阻值大于30Ω，某些岩石类基础杆塔甚至大于100Ω。杆塔接地电阻偏大，致使线路耐雷水平降低。
        3.35kV线路地线架设情况
        根据《66kV及以下架空电力线路设计规范》GB 50061-2010和《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T 50064-2014规定，一般地区35kV架空线路可不全线架设地线，只在1.0～1.5km进线段架设地线。因卡35kV印松线所处地区为高山深谷、接近强雷区，线路沿线地形复杂，除部分线段架设单根地线外，其他线段架设双地线，但35kV矮子沟、松子坪配电室接入印松线的线路段（长约230m、240m）未架设地线，具体情况见表1所示。
        因缺少设计相关资料，无法判断地线选择的合理性。35kV矮子沟、松子坪配电室接入运行线路段未架设地线，致使该段线路存在遭受直击雷的可能性。
        据相关研究资料可知，35kV近区线路绕击导致的过电压不会造成变压器绝缘损坏，从上述情况可判断，进线段遭受直击雷或大幅值雷电流反击近区线路引起的侵入波过电压是导致变压器高压绕组绝缘损坏的主要原因。
        四、防雷治理措施
        根据供电系统防雷设计原则，结合卡杨供电系统特点，采取以下针对性改造措施：
        1.合理配置、正确安装避雷器
        在矮子沟、松坪子配电室35kV进线杆塔1#+2、85#+2处各安装一套HY5WZ-51/134型避雷器；更换试验不合格避雷器；纠正错误安装的避雷器接地引下线，并全面排查避雷器引接线，补装线路避雷器计数器。
        为进一步降低线路雷击跳闸次数，对于部分大档距、大高差、迎风阳坡、较大转角耐张塔等易受雷击杆塔，安装HY5CX-42/120型线路避雷器。
        2.降低杆塔接地电阻
        对于进线段杆塔、装有线路避雷器以及雷击高风险杆塔，采取增加接地体、外引接地、装设接地模块等方式有效降低杆塔接地电阻，杆塔接地电阻不宜大于表2所列数值，进线段杆塔宜按不大于10Ω控制。对于局部岩石类基础接地电阻确实无法达到要求者，根据现场条件可加装线路避雷器。
                                                                                 表1 35kV印松线地线架设情况

                                                                                  表2 线路杆塔接地电阻控制值

        3.其他防雷改造技术措施
        在征求原设计单位同意后，对35kV矮子沟、松子坪进线段无架空地线部分架设单地线。考虑到进线段部分单地线线段对边导线的保护角可能超过25°，同时为有效降低变压器高压绕组匝间过电压，在进线段靠近变电站的其他杆塔处加装线路避雷器，并在变压器中性点加装避雷器。
        五、结语
        卡杨公路供电系统防雷治理工作于2017年底完成，35kV印松线2018年、2019年各发生因雷击跳闸1次，电气设备运行正常，防雷治理取得了较好效果。
        参考文献：
        [1]GB 50061-2010《66kV及以下架空电力线路设计规范》.
        [2]GB/T 50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》.
        [3]刘守豹，吴晓辉，曾宏等. 35kV变压器雷电侵入波过电压及治理措施研究[J].电瓷避雷器，2019(3):145-152.