35kv线路防雷保护

35kV供配电系统中雷电过电压保护

【摘 要】随着我国经济的快速发展和科学技术水平的不断提高,各行业对电能的需求量越来

越大，这也对我国的供配电系统的安全性及其稳定性提出了更高的要求。供配电系统的安全性及其稳定性受到了多方面的威胁，其中一主要威胁就是雷电过电压。它可以破坏绝缘、损坏设备甚至造成人员伤亡、造成重大事故，影响电力系统安全发、供、用电，必须予以足够的重视和防范。本文针对35kV等级的供配电系统中雷电过电压形成、类型及防雷设备、防雷措施做进一步论术。通过对雷电过电压的原理分析进行分类，雷电过电压基本类型有直击雷、感应雷、雷电波三种.为了防止雷电过电压造成电气设备和电气线路的损坏，影响电力系统安全运行，电力系统中采用很多的防止雷害事故的措施。一般防止直击雷破坏采用避雷针、避雷线、保护间隙；防止感应雷采用电气设备金属外壳和建筑物、构筑物金属部分接地；防止高压雷电波破坏，采用装设避雷器的方法。

【关键词】供配电；雷电过电压；绝缘；保护

[Abstract］ Along with our country’s rapid economic development and constantly improve the level of science and technology, industry， the demand for electricity is bigger and bigger, this is the security and stability of power supply and distribution system of our country puts forward higher requirements。 The safety of power supply and distribution system and its stability is under threat from many aspects， one of the main threat is the lightning overvoltage. It can damage the insulation, damaged equipment or even cause casualties, cause serious accident, hair， offer， electricity power system security， must give enough attention and prevention。

Aiming at 35 kV level power supply system in the lightning overvoltage formation， type and theory of lightning protection devices， lightning protection measures for further。 Through analyzing the principle of lightning surge, lightning surge basic types have a lightning strike， lightning, thunder electric wave 3 kinds. In order to prevent lightning overvoltage caused by damage to electrical equipment and electrical wiring, affects the safe operation of the power system, power system adopts the measures to prevent the accident of a lot. General prevent direct lightning damage by lightning rod， wire， protection gaps； Prevent induction lightning using electrical equipment of metal casing and buildings and structures metal part of the earth； Prevent high pressure ray waves damage, adopt the method of installing surge arrester.

【Key words】Power supply; Lightning overvoltage; Insulation； To protect

0 绪论

35kV配电线路是属于我国配电网的重要线路，它是以直接的方式向广大百姓用户分配电能的形式来运行的。它属于中压网络，即中国的主要配电网络,一般没有避雷线保护且线路绝缘水平不高,再加上网络结构复杂,构架结构多样等特点，一旦遇到雷害天气,配电网不但直击雷能造成雷害事故,且感应雷也能造成很大的危害.极大地影响了配电网的供电可靠性和电网运行安全. 35kV配电线路的防雷措施对于它的运作是非常重要的，防雷保护本身就是属于一个系统的工程，只有很好的保护好其防雷的功能才能保证电力系统的安全并且稳定的运行。

35kv线路防雷保护

1 雷电过电压

1。1 雷电过电压的形成

雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象.云中的水滴受到强烈气流的摩擦产生电荷，微小的水滴带负电,容易被气流带走形成带负电的云，大水滴则形成带正电的云。由于静电效应，带电的云层会在大地表面感应出异性的电荷，当电场强度达到一定值时,就会发生雷云与大地之间放电;在两个异性电荷云之间，当电场强度达到一定值时，便会发生云层放电.雷电的能量很强，电压可达上百万伏，电流可达上万安培.所以雷电过电压对电气设备和电力系统的危害极大。

1。2 雷电过电压的类型

直击雷：雷电直接击中配电线路或设备,对其放电，产生破坏性很大的热效应和机械效应; 感应雷：雷电放电时，由于静电感应和电磁感应会使周围的电气设备产生危险的过电压，造成设备的损坏；

雷电波：输电线路上遭受到直击雷或发生雷感应,雷电波就会沿着输电线入侵变、配电所和电气设备。如果不采取防范措施，就会造成电气设备的损坏,甚至造成人员伤亡。

2 35kV供配电系统的防雷电问题分析

2.1 35kv线路的雷电过电压现状

35kV配电网线路主要是直接向广大电力用户分配电能, 配电网的安全稳定运行与人民百姓的生活紧密相关。它的覆盖面广、使用线路繁多，而且其防雷水平有待提升,以至于每年都有因雷电事故造成的状况发生,给我国电力事业带来损失,增加了作业难度。我国目前的防雷现状不容乐观，具体可从以下几方面表现出来。

首先， 35kv线路的架设线路短，不会全线架设,一般情况下只在发电厂、变电所进出线段架设一千米左右的避雷线，从而造成两段进线保护段架设避雷线不足,而且35kv线路的绝缘水平低，易造成其防止直击雷的能力下等缺陷.

再次，我国有些地区的35 kV 线路等设备运行时间久造成设备陈旧老化,导致绝缘子冲击耐压水平低，绝缘水平降低，加上导线老化严重,致使线路承受闪络放电的能力大大降低,雷击闪络时极易造成绝缘子损坏和导线断线等现象。

此外，35KV线路一般都使用混凝土杆塔，线路所用杆塔由于大部分不设人工接地，只在发电厂、变电站进线段的杆塔埋设人工接地体,而且有些人工接地体装置老化，腐蚀现象严重，导致接地体装置破坏，造成35KV线路塔杆接地电阻率高,使线路耐雷水平降低,雷击跳闸的危险性增加。

2.2 防雷措施存在的问题

雷击是35kv线路出现故障的重要原因，35KV配电网线路防雷措施不到位,尤其在农村电网中,由于地面空旷、没有良好的防雷线设置，直击雷和感应雷经常在线路设施薄弱之处造成损害;绝缘子质量差以及线路接地不合格等原因同样会造成35KV线路容易遭受雷电事故损害.提高防雷的安全意识，加强对避雷防雷的硬件设施安装，科学合理地设置避雷器保护，安装避雷针、避

35kv线路防雷保护

雷线，注意降低避雷器的接地电阻.使用高性能的金属氧化物避雷器等，加强防范知识和意识的普及提升,做好防雷措施的设置，建立完备的应急预警机制,提高应对自然事故的能力,能够快速地反映并处理危险事故。

提高其防雷水平的指标主要从两方面衡量:一是线路雷击跳闸率；二是线路耐雷水平.

2。2。1 35kV线路雷击跳闸率高的原因分析

雷击跳闸率n 的概念：每百公里线路、40雷电日，由于雷击引起的开断数（重合成功也算一次），称为该线路的雷击跳闸率，简称跳闸率，跳闸率是衡量线路防雷性能好坏的综合指标,它可定性地用下式表示:

n=N×P1×η

式中，N——线路上的总落雷数

P1——是雷电流幅值等于或大于耐雷水平的概率 η—-建弧率

NP1——表示会引起闪络的雷击数。所以NP1η表示会引出开关跳闸的雷击次数，即跳闸率. 线路雷击跳闸率与地面落雷密度正相关。我国地域辽阔，各地区的落雷密度有所不同,但大部分地区的落雷密度还是很高的.雷雨季节遭受雷击机会很多。线路遭受雷击有三种情况:一是雷击于线路导线上，产生直击雷过电压；二是雷击避雷线后，反击到输电线上;三是雷击于线路附近或杆塔上,在输电线上产生感应过电压.无论是直击雷过电压还是感应过电压，都使得导线上产生大量电荷，这些电荷以近于光的速度（每秒30万公里）向导线两边传播,这就是雷电进行波.直击雷过电压,轻则引起线路绝缘子闪烙，从而引起线路单相接地或跳闸，重则引起绝缘子破裂、击穿、断线等事故，造成线路较长时间的供电中断。雷电进行波顺线路侵入到变电站，威胁电气设备的绝缘,造成避雷器爆炸、主变压器绝缘损坏等事故,直接影响了变电站的安全运行。一般情况下35kV线路由于绝缘水平较低，雷击放电引起导线对地闪络是难以避免的，线路因雷击而跳闸必须满足两个条件:一是雷击时雷电过电压超过线路的绝缘水平引起线路绝缘冲击闪;二是冲击闪络转为稳定的工频电弧， 35kV线路形成相问短路以致线路跳闸。

图1 雷击绝缘子的铁帽的击孔与闪络烧伤痕迹

2。2。2 耐雷水平

我们把能引起绝缘闪络的最小临界雷电流称为耐雷水平。耐雷水平是判断输电线路耐雷性能的一个重要数据，也称保护水平.耐雷水平愈高、意味着线路防雷措施愈完善，绝缘子串冲击闪络的概率愈小，输电线路的电压 等级愈高，其重要性愈大，因而要求有较高的耐雷水平。耐雷水平是评定线路防雷性能优劣的一个至关重要的标志。线路耐雷水平与杆塔冲击接地电阻大小、

35kv线路防雷保护

杆塔尺寸、档距、绝缘子型号、绝缘子片数、杆塔周围的地形情况、线路运行维护水平等线路实际情况联系紧密.

3 防雷保护措施。

3.1 选择典型的防雷保护接线

防止35kV线路直击雷和进行波最有效的方法是架设避雷线.但因雷击避雷线时，避雷线上产生的电位相当高,35kV线路的绝缘水平承受不了这个高电压，容易造成反击，同样会引起线路跳闸，同时避雷线线路造价又高，因此,35kV线路只在变电所进-—出线段，根据变压器容量,架设1~2公里避雷线，以流进避雷器的雷电流和入侵波的陡度。但变电所的阀型避雷器不允许通过太大的雷电流，一般不应超过5kA，再则通过阀型避雷器的雷电陡度也不允许太大，陡度太大亦即电压上升速度太快，会使避雷器来不及放电,使避雷器冲击电压提高，从而作用在被保护物的电压也提高了,这就容易破坏设备的绝缘。为了降低侵入波的峰值和陡度，35kV线路除架设避雷线外，侵入波峰值的办法是在避雷线两端杆塔上还加装管型避雷器或保护间隙。为此,35kV线路和变电所要选择典型防雷保护接线，如图2所示：

图2 35KV变电站防雷保护接线简易图

图中：HY5W2-52。7/134型氧化锌避雷器； GB1-2-GXS(35/2-10）型管型避雷器。

GB1型的作用,当进线段外侧无避雷线段线路受雷击时，雷电波经过一段线路衰减后变形，陡度会降低，但仍很大，经GB1放电后，以降低侵入波的峰值和陡度；GB2的作用是：变电所是35kV双回路供电时，一回路运行，另一回路热备用时，断路器处于断开位置，当雷电波到达断路器触头就会产生全反射,电压可升高一倍,若没有GB2保护，触头间介质将被击穿，就会产生陡度的波侵入到变电所去，对具有线圈的电气设备的匝间绝缘是很危险的.因此,就必须安装GB2型管型避雷器或放电间隙.

3。2 35kV线路防雷保护的设计要求

3。2.1 避雷线的选择

3。2。1。1 杆塔的选择

带地线的35kV线路,要选用定型的杆塔，以确定避雷线悬点高度和与导线间垂直距离h和避雷线的保护角α=tg-1S/h（度)。一般水泥双杆h为3.25m—4m为双根避雷线，铁塔h为5.7m为单根避雷线，以满足角α为20º～30º的要求.直线水泥双杆ZMD避雷线保护角如图3所示：

35kv线路防雷保护

图3 ZMD水泥双杆避雷线保护角示意图

3.2.1.2 避雷线截面S的选择

避雷线截面和导线截面要适当配合：LGJ—-35—-70平方钢芯铝导线，选用GJ——25平方镀锌的绞线为避雷线，LGJ-95-185平方的导线，选用GJ—35平方的避雷线。

3。2。1.3 计算避雷线的应力和弧垂

适当选择导、地线的安全系数K=计算拉断力(N)/最大允许应力（N）。导线安全系数K为2.5—3;避雷线安全系数K为3.8-4，这样选择的目的是:避雷线的应力和弧垂与导线的应力和弧垂相配合，即满足在大气过电压条件下,无风,气温为115℃时，在档距，导、地线间最小距离SDB≥0。012LD+1（m）的要求，以防止避雷线受直击雷时发生闪烙,造成事故。当导、地线间的垂直距离n已确定,在大气过电压条件下(V=0、b=0、t=15℃）时，线路耐张段最大代表档距LD、导线的弧垂fD15、避雷线比载 g1B为已知时，避雷线在此条件下其应力σB15按下式计算：

σB15≥LDZ•gB1/8[h+fD15-(0。012LD+1)](N/mm2） (1)

σB15是在大气过电压条件下避雷线的使用应力,不是最大使用应力σBmax，以σB15和相应应力，不是最大使用应力σBmax,以σB15和相应气象条件,代入状态方程,分别求出最低气温

t=-30℃和最大比载gB6或gB7时应力,选其中的大者作为避雷线的最大使用应力σBmax。以避雷线最大使用应力和相应控制气温为已知条件，可以求出避雷线的临界档距LBK，以确定控制条件：线路代表档距LD>LKB时，受最大比载控制，tm=-5℃； LD〈LKB时受最低气温控制，tm=—30℃。 以避雷线最大使用应力σBmax和相应的气温条件tm为已知，利用状态方程式可以计算出各代表档距LD，气温从40℃至-30℃每隔10℃时的应力σBt，再利用抛物曲线原理计算出避雷线的弧垂fBt：

fBt= LDZ•gB1/8•gBt (m) （2)

然后绘制避雷线弧垂安装曲线，其方法：按一定比例，以代表档距LD作为横坐标,以弧垂fBt作为纵坐标,根据计算结果，每隔10℃绘制成一条曲线,共七条曲线,作为避雷线施工紧线时查用。

3.2。1。4 降低避雷线杆塔的接地电阻

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带架空地线的杆塔,避雷线要可靠接地。降低避雷线杆接地电阻R是提高线路耐雷水平反击的有效措施。杆塔的接地装置,可用φ-10圆钢用方环型另加幅射方式布置,埋深不小于0.7m。水泥杆避雷线接地引下线，一般用GJ—35平方钢绞线与接地装置相连，不可用预应力水泥杆内的配筋作为接地引下线。设计允许的留有接地孔螺栓的水泥杆非预应力配筋，可作为接地引下线。 雷雨季节前，每基杆塔接地装置的工频接地电阻值，应使用ZC—8型接地测量仪测试杆塔基础土壤电阻率ρ后再决定R值：ρ=2πσR(Ω•m) （3） 式中：R-—测试仪读数,Ω；

σ——四根金属探测棒等距离，m； 杆塔工频接地电阻值不超过表值：

表1 杆塔接地电阻值

工频电阻率（欧·m) 工频接地电阻(欧）

100以下 100—500 500-1000 1000-2000 10 10 10 10 3.2.2 提高线路绝缘水平采用不平衡绝缘方式

35kV系统属于中性点不接地系统，线路受雷击引起大气过电压，多数引起单相闪烙接地，而不会引起开关跳闸,只有引起两相绝缘子闪烙后，形成弧光接地短路，才能引起线路开关跳闸.因此只要加强线路绝缘水平，就不会引起开关跳闸,因此最好选用免维护的35kV硅胶绝缘子串。 在无避雷线地段,其杆型为上字型三角排列的直线杆塔，中相安装三片XP-7型悬式绝缘子，而两边相安装4片XP-7型绝缘子，造成绝缘差异。当线路受雷击过电压时，中相绝缘较低，先闪烙放电接地，闪烙后的中相导线相当于一条接地线,增加另外两边线的耦合作用,使之边相不再发生绝缘闪烙，就不会引起弧光短路使线路开关跳闸。

3.2。3 杆塔上安装少一长针金属消雷器

在山脚下，河边无避雷线的杆塔,因土壤电阻率较高，最容易受直击雷。在杆塔顶部安装少—长针金属消雷器可以使杆塔免受直击雷的危害。对直线单杆安装一付，双杆安装两付，并用GJ-35钢绞线可靠接地,接地电阻值不超过表1值。少一长针消雷器：长针用φ14×2000(mm)圆钢五根，针尖锥度越尖越好,均匀水平排列焊接在250×5×3000(mm)角钢上，用Φ18U型抱箍固定在杆顶上。

近几年,在易受雷击的杆塔上,中相安装35kV氧化锌避雷器,也能起到防雷作用. 3.2.4 35kV线路采用自动重合闸装置

前几种防雷保护，只对较小雷电流有效,对特大雷电流还是为力的，为此35kV线路采用自动重合闸作为补救措施.当线路受到雷击引起相间短路，保护动作使开关跳闸，经一段时限，自动重合闸使开关重新合闸。如果故障消除,线路可恢复供电，否则由保护再次使开关跳闸.运行经验表明，线路受雷击在电弧熄灭后，其电气强度一般都能很快恢复，因此采用自动重合闸时,有60~75％的雷击跳闸事故都能重合成功恢复供电，这对保证安全供电起很大作用。

4. 施工注意事项及后期管理

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4.1 施工注意事项

严格35kv电线的施工规格,要求建设符合规格的技术措施，保证接地装置长度、深度、截面等满足工程规定，同时，对电线的接地体和引下线进行检查，对于电线埋设深度不够、腐蚀严重、接地电阻值不符合要求的进行全面整修、维护、处理,确保接地装置和架空地电线良好运行状态，一方面,线路接地体的顶面埋设深度应符合线路设计要求，另一方面，应该对接地装置焊接部位应作防腐处理；防止发生化学腐蚀,导致接地体线路的破坏。从而大大地降低接地电阻的耐腐蚀性和导电性,此外,要加强措施降低杆塔的接地电阻,提高35kv线路的耐雷水平,避免其因雷击跳闸的可能性。

4.2 加强35kv线路的绝缘设施

在35KV配电网继电保护检查中，线路表面存在大量因积污而产生放电烧伤的绝缘子，因绝缘子污秽放电,导致配电网线路单相接地、引起跳闸等电力系统故障的现象.此外,由于长期受到高温腐蚀等自然因素的影响，导致电线绝缘层的老化和破坏，以至于电源过电压使得电线绝缘被击穿而发生的短路、接地障碍等损害屡见不鲜。对于其防护措施，我们要加强线路防污闪处理能力，提高配电网线路的绝缘水平,定期进行清污工作，严格检查整改线路接地装置，保护接地,测量35KV配电网的接地电阻，整改不合格电阻,避免发生线路闪污和绝缘层失效等问题障碍，提高我国电网设备的安全性、耐用性能，维护电力系统安全稳定运行，保障供电的持续性,促进电网事业和社会经济的稳定发展

4。3 合理安装避雷针和避雷器等设施

导线断落和瓷瓶串掉串是雷击最为严重的后果，像没有架空地线的 35 kV 配电线路，危及设备和人身安全，而且这种事故的发生屡见不鲜。在35kv线路杆顶安装避雷针是一项有效的、常见的防雷措施，既可以防止直击雷袭击附近的导线和绝缘子，有可以大大降低雷电袭击的可能性,提高35kv线路的防雷水平和耐雷水平，以防止雷电直击导线或绝缘子串。杆型中,可以加装一付抱箍,在其上装设1到2根角钢，并地线装设挂线金具。避雷线的线路应防止雷击档距反击导线。15 °C 无风时，档距导线与避雷线间距离S1应为S1＝0。012l＋1，S1是导线与避雷线间的距离；l为档距的长度。

图4 加装抱箍与挂线金具后的杆塔

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雷电袭击是一个短暂的、带有电磁感应的过程，所以，减少接地电阻、架设耦合地线是提高也是35kv线路耐雷水平的必要手段，架设接地线可以起到良好的分流效果，耦合电线的架设极大的增加了避雷线和导线之间的耦合效果，从而起到降低绝缘子上的电压。提高35kv线路大的耐压能力。

4。4 积极开展线路定期检查、巡视工作，加强防雷装置安装技术

工作人员应该对线路安全进行有效的定期排查工作，监督防雷安装技术、设备的质量，加大线路安全隐患的排查，消除35kv线路安全隐患，避免因设备质量原因造成的损失;此外,建立一套完备的线路安全、防雷措施的管理制度，提高预防预警机制的设立，在事故发生时,能够及时有效地处理事故的能力，同时，利用网络安全管理等手段,提高电网运行的有效性、便捷性等，逐渐提高管理力度,创新管理方式,是建立全方位的、系统的、安全稳定的供电系统的重要保障。

4。5更新引进新防雷技术，借鉴吸收外来技术实践经验

随着我国科技水平的不断提高，各领域社会产业的大力发展，电力事业也要随其进步，不仅仅体现在防雷耐雷系统设备使用的更新上，而且在先进防雷耐雷技术创新方面也要大力加强，近年来，我国防雷保护装置已经实现网络化的科学有效管理，并且利用电磁保护的功能也日益发展进步，使电力系统的科学安全管理从原始的以人力为主转变发展为今天的网络化、人工智能化方向进程,建立了一套全方位的的、技术创新上的支持保证,增强了防雷技术水平，维护了电力系统稳定健康运行。此外，加强合作与交流,不断总结经验，研发推广新科技。在从事电力部门工作时，由于各种环境、气候、地理等方方面面的自然和人为因素的差异，所造成的雷击事故也多种多样，我们在实际工作当中注意搜集数据信息、整理数据、分析数据的能力,总结各方面的防雷经验教训，并且通过加强各相关部门的交流与合作，研发新防雷技术，推广使用，这样，才能提高防雷耐雷能力，以便于及时发现和解决雷击事故，减少雷击造成的损害，保障供电系统的稳定，为我国电力事业的提供良好的运行环境和发展机制。

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