郭秀國(guó)

（山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州036000）

0 引言

輸變電工程是輸電線路建設(shè)和變壓器安裝工程的統(tǒng)稱。輸變電工程的電壓等級(jí)越高，輸送的電力就越大，輸送的距離就越遠(yuǎn)。電壓超過33萬伏的輸變電工程，稱“超高壓輸變電”。我國(guó)投入運(yùn)行的超高壓輸變電線路的最高電壓等級(jí)是±1 100 kV直流輸電線路和1 000 kV交流輸電線路。在環(huán)保部HJ 24—2014印發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)中一般所指輸電工程可以分為交流輸變電工程和直流輸電工程，其中交流輸變電工程包括輸電線路和變電站（或開關(guān)站、串補(bǔ)站），直流輸電工程包括輸電線路、換流站和接地極系統(tǒng)。近年來，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展以及人們生活水平質(zhì)量的不斷提升，對(duì)電能的需求量也越來越大，這就為我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展帶來了巨大的上升空間。輸電線路是電力工程中至關(guān)重要的部分，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響著電能的正常輸送。而高壓輸電線路的可靠性和穩(wěn)定性是保障工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的核心，其重要性不言而喻。高壓輸電線路按其架設(shè)方式可分為架空輸電線路和電纜輸電線路兩大類。架空線路的優(yōu)點(diǎn)是線路暴露在大氣中，充分利用空氣絕緣，造價(jià)低，維護(hù)保養(yǎng)十分方便；其缺點(diǎn)是容易受到風(fēng)、冰雪、氣溫、雷暴、工業(yè)污染物等的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起斷線倒塔、雷擊跳閘、絕緣子污閃炸裂造成供電系統(tǒng)停電事故。電纜線路埋于地下，不受氣候和環(huán)境的影響，占地少，運(yùn)行維護(hù)工作量小，可靠性高，但其造價(jià)很高，電纜線路一旦出現(xiàn)故障排除時(shí)間較長(zhǎng)。所以，目前在輸電線路工程中優(yōu)先采用架空線路。對(duì)高壓供電線路安全供電產(chǎn)生影響的因素主要有當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、全年的氣象信息以及線路所在區(qū)域雷電活動(dòng)的強(qiáng)度、風(fēng)速等。其中影響最大的要素是雷電對(duì)線路的影響，在全世界范圍內(nèi)都是一個(gè)比較復(fù)雜的難題。不過隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，解決雷電對(duì)供電線路的危害成為了可能，先利用大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，對(duì)所在區(qū)域雷電活動(dòng)進(jìn)行跟蹤，統(tǒng)計(jì)雷電活動(dòng)的數(shù)據(jù)，再利用概率理論確定雷擊已發(fā)桿塔和位置，有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)，將線路遭受雷擊損壞的幾率降到最低，這對(duì)線路的穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 線路概況

山西中煤平朔能源化工公司（以下簡(jiǎn)稱能源化工公司）110 kV輸電線路共計(jì)23.65 km，其中新建雙回線路21.67 km，新建單回線路1.98 km。導(dǎo)線采用JL/G1A-300/40鋼芯鋁絞線，全線除在G66-G68段、G66-G67A-G68段、G75-G76段、G75-G77段以及在能源化工公司變電站進(jìn)站擋、水頭變電站進(jìn)站擋、AG0-AG6段等均架設(shè)1根JLB20A-100型良導(dǎo)體和1根24芯OPGW復(fù)合光纜作為通信保護(hù)外，其余線路的線均采用2根24芯OPGW復(fù)合光纜。

線路施工的地形情況：山地占65.5%，丘陵占25%，平地占9.6%，海拔在1 400～1 900 m之間。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)間為2015年1月，水化線投運(yùn)時(shí)間為2018年7月。2018年8月7日G3跳閘，2018年9月11日G14跳閘。2次跳閘給企業(yè)生產(chǎn)造成了不可恢復(fù)的損失，必須對(duì)線路設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行重新評(píng)估，采取有效措施，避免雷擊跳閘事件的再次發(fā)生。

2 線路工程絕緣配合情況

施工圖參照2011年山西省電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖，全線按照d級(jí)污穢區(qū)配置。d級(jí)污穢區(qū)導(dǎo)線懸垂絕緣子串、耐張絕緣子串的泄漏比距要求不小于3.2 cm/kV[1]。

水頭變—能源化工公司變電站線路G1～G71段和水頭變—采掘場(chǎng)變線路G71～G75段所有直線塔，都采用1片U70BP/146M大帽絕緣子加FXWB-110/70-3有機(jī)復(fù)合絕緣子，泄漏比距為3.99 cm/kV；水頭變—能源化工公司變電站線路G71～G75段和水頭變—采掘場(chǎng)變線路G1～G71段所有直線塔導(dǎo)線懸垂串和跳線串，都采用1片U70BP/146M大帽絕緣子加FXWB-110/70-2有機(jī)復(fù)合絕緣子，泄漏比距為4.29 cm/kV；線路側(cè)耐張絕緣子串采用2×8片U70BP/146-1玻璃絕緣子，泄漏比距為3.27 cm/kV；線路在規(guī)劃區(qū)側(cè)耐張絕緣子串采用2×8片U70BP/146-D瓷質(zhì)絕緣子，泄漏比距為3.27 cm/kV；進(jìn)出線側(cè)耐張絕緣子串，采用9片U70BP/146D瓷質(zhì)絕緣子，泄漏比距為3.68 cm/kV[2]。

3 線路工程防雷情況

本工程雙回路段采用國(guó)網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)最新版1D6模塊，鐵塔采用雙地線防雷保護(hù)，全線雙回路鐵塔地線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)角不大于0°；在+15℃氣溫、無風(fēng)、無冰氣象條件時(shí)，在檔距中央位置，導(dǎo)線、地線間的距離S滿足式（1）要求。

式中，L為擋距，m。鐵塔上兩地線間的距離不超過導(dǎo)、地線間垂直距離的5倍。

3.1 接地設(shè)計(jì)

本工程所有桿塔均需逐基接地。根據(jù)土壤電阻率的不同，分別采用方形環(huán)（矩形環(huán)）或方形環(huán)（矩形環(huán)）加放射線的接地裝置，接地體、接地引下線的材料均采用d12 mm圓鋼。

3.2 鐵塔間隙校核

本線路經(jīng)過地區(qū)海拔高度在1 400～1 900 m之間，帶電部分與鐵塔構(gòu)件的最小空氣間隙見表1。

表1帶電部分與鐵塔構(gòu)件的最小空氣間隙

4 已發(fā)生跳閘區(qū)段情況分析

自2018年7月投運(yùn)以來，已發(fā)生2次雷擊跳閘事故，給企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。2018年8月7日G3跳 閘，2018年9月11日G14跳 閘，先跳閘均為有故障耐張塔。 《架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[4]對(duì)桿塔接地電阻數(shù)據(jù)要求見表2，對(duì)系統(tǒng)過電壓數(shù)據(jù)要求見表3。

表2桿塔接地電阻數(shù)據(jù)

表3系統(tǒng)過電壓數(shù)據(jù)

根據(jù)山西省電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖2015版本，跳閘段處于c級(jí)污穢區(qū)，根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司相關(guān)文件要求d級(jí)以下提高一級(jí)配置，本工程按照d級(jí)配置（泄漏比距應(yīng)不小于50 mm/kV）。按照統(tǒng)一爬電比距計(jì)算110 kV線路，d級(jí)污區(qū)，Loi=450 mm，單聯(lián)懸垂串所需片數(shù)計(jì)算見式（2）。

由此，單聯(lián)懸垂串片數(shù)取9片U70BP/146-1玻璃絕緣子。在本工程實(shí)際施工時(shí)，鐵塔直線部分采用9片單聯(lián)懸垂串，在轉(zhuǎn)角塔和耐張塔采用2×9片U70BP/146-1玻璃絕緣子耐張串。

雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖是根據(jù)地閃密度、不同電壓等級(jí)危險(xiǎn)雷電密度分布、線路歷史雷害故障經(jīng)驗(yàn)、地形地質(zhì)地貌等方面因素綜合考慮，將輸電線路雷擊閃絡(luò)危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)分為4個(gè)層級(jí)，詳情見表4、表5。其中，A級(jí)為少雷區(qū)，對(duì)應(yīng)的平均年雷暴日數(shù)不超過15日；B1級(jí)和B2級(jí)為中雷區(qū)，對(duì)應(yīng)的平均年雷暴日數(shù)超過15日但不超過40日；C1級(jí)和C2級(jí)為多雷區(qū)，對(duì)應(yīng)的平均年雷暴日數(shù)超過40日但不超過90日；D1級(jí)和D2級(jí)為強(qiáng)雷區(qū)，對(duì)應(yīng)的平均年雷暴日數(shù)超過90日。本工程反擊雷害分布圖顯示該工程全線位于Ⅲ級(jí)雷害區(qū)，地閃密度圖顯示該工程位于C1級(jí)。

本工程線路路徑實(shí)際經(jīng)過的雷害區(qū)以反擊雷為主，繞擊雷為輔。雷電反擊過電壓與雷電參數(shù)、桿塔形式、高度和接地電阻等有關(guān)；雷電繞擊與地質(zhì)地貌地形、線路保護(hù)角、線路絕緣水平及雷電流強(qiáng)度等有關(guān)。已發(fā)生跳閘桿塔均為耐張塔，采用雙回路架設(shè)，跳閘桿塔均為上坡段和下坡段，附近海拔1 700 m。由于耐張塔呼高較低，忽略塔高因素，主要考慮海拔及接地電阻，而本工程附近的最高處為G9，海拔和塔高均比已跳閘鐵塔高，故只考慮接地電阻因素造成本次跳閘的事故。

表4雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖等級(jí)劃分

表5地閃密度圖等級(jí)劃分原則

5 線路工程防雷對(duì)策

在輸電線路運(yùn)維過程中，雷擊是一種較為常見且危害性較大的安全事故，輸電線路遭受雷擊會(huì)導(dǎo)致其線路短路，嚴(yán)重的還有可能引發(fā)火災(zāi)。通過分析已發(fā)生跳閘區(qū)段情況，本文提出以下防護(hù)對(duì)策。

5.1 一塔雙回路鐵塔絕緣子的技術(shù)改造

選擇能源化工公司水化線一側(cè)采用2×9片U70BP/146-1玻璃絕緣子，另一側(cè)采用2×11片U70BP/146-1玻璃絕緣子，對(duì)無法滿足使用的跳線進(jìn)行更換；110 kV一塔雙回供電線路采用不平衡高絕緣措施來降低供電線路兩回同時(shí)失電的概率。

5.2 安裝并聯(lián)間隙

在能源化工公司水頭線一塔雙回線路上重新設(shè)計(jì)并聯(lián)間隙［4－5］，選擇絕緣水平較低的水頭220 kV變電站到能源化工公司供電一回進(jìn)行安裝。并聯(lián)間隙的安裝位置選擇C2級(jí)及以上雷區(qū)等級(jí)的一般線路桿塔進(jìn)行安裝。

5.3 加裝線路避雷器

加裝線路避雷器的原則如下：對(duì)于雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高或雷區(qū)等級(jí)最高的桿塔，安裝線路避雷器；雷區(qū)等級(jí)處于C1級(jí)以上的虎頭山山區(qū)線路、桿塔接地電阻在20～100Ω之間且改善接地電阻困難也不經(jīng)濟(jì)的桿塔雷區(qū)，等級(jí)處于C2級(jí)以上的山區(qū)一般線路，安裝線路避雷器；重要線路雷區(qū)等級(jí)處于C1級(jí)以上且坡度為25°以上的桿塔、一般線路雷區(qū)等級(jí)處于C2級(jí)以上且坡度為30°以上的桿塔，其外邊坡側(cè)邊相安裝線路避雷器。29號(hào)桿塔線路處于C2級(jí)以上雷區(qū)等級(jí)，線路檔距在600 m以上，所以在耐張塔的27和31號(hào)桿加裝線路避雷器。加裝避雷器的桿號(hào)見表6。

表6需要加裝避雷器的桿塔號(hào)

5.4 降低接地電阻

本工程桿塔逐基接地，接地裝置形式為深、淺混合式。為提高線路的耐雷水平，全線路桿塔的接地電阻在雷季干燥季節(jié)時(shí)需滿足《架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的要求。接地體采用超導(dǎo)拒腐接地帶，埋深不小于0.8 m，接地裝置和桿塔用螺栓連接。桿塔接地電阻的測(cè)定按《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB 50065—2011）中有關(guān)規(guī)定及反措要求進(jìn)行，每基桿塔不連地線的工頻接地電阻在雷季干燥時(shí)不超過的數(shù)值見表7。具體要求如下。

表7不同土壤電阻率下的線路接地電阻

a）兩端變電站終端塔接地的電阻要求一般不大于5Ω。

b）接地裝置與桿塔主材用螺栓連接，引下線部分應(yīng)熱鍍鋅。

c）所有鐵塔均逐基四腿接地。根據(jù)地形及土壤電阻率的不同，分別采用大方形環(huán)（矩形環(huán)）加放射線或4個(gè)小方環(huán)加放射線的接地裝置。

d）在巖石高土壤電阻率地區(qū)的部分塔位采用延長(zhǎng)接地射線綜合降阻措施。對(duì)雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果中反擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)較高的桿塔或雷區(qū)等級(jí)處于C1級(jí)以上的線路桿塔，雷區(qū)等級(jí)處于C2級(jí)以上的一般線路桿塔進(jìn)行接地電阻改造。改造后的標(biāo)準(zhǔn)：斷開地線的工頻接地電阻，在氣溫干燥時(shí)不應(yīng)該超過表6的數(shù)值。根據(jù)規(guī)范DL/T 5092—1999《110～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)不同土壤電阻率下的線路接地電阻的要求，需要重新做接地的桿號(hào)見表8。

表8需要重新做接地的桿號(hào)

表7中如果土壤電阻率超過2 000Ω·m，接地電阻很難降低到30Ω時(shí)，可采用6～8根長(zhǎng)度不超過500 m的放射形接地體或采用連續(xù)伸長(zhǎng)接地體，其接地電阻不受限制。

6 結(jié)論

山西中煤平朔能源化工公司110 kV輸電線路在穿越高山地區(qū)時(shí)極易遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)使供電線路掉閘，通過技術(shù)分析，采取雙回路鐵塔差絕緣改造，現(xiàn)場(chǎng)安裝并聯(lián)間隙，并加裝線路避雷器60余組。通過對(duì)接地系統(tǒng)的改造，有效地降低了輸入線路桿塔接地電阻，接地電阻滿足規(guī)范DL/T 5092—1999《110～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》要求。2019年4月實(shí)施改造完成至今，經(jīng)歷了6月—9月強(qiáng)雷雨季節(jié)，線路運(yùn)行穩(wěn)定，有力保障了化工裝置的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，這對(duì)預(yù)防其他輸電線路防雷擊掉閘的情況有一定的借鑒意義。