陳志文,蔣大偉
(1.恒皓聯(lián)能源建設有限公司江蘇分公司,江蘇 南京 210000;2.淮安新業(yè)電力建設有限公司楚明分公司,江蘇 淮安 223000)
10 kV架空線路雷擊事故中,雷擊斷線事故是最為嚴重的事故之一。本文防雷方案采用以避雷線為主保護,防雷絕緣子或線路過電壓保護器為后備保護。通過架空地線、防雷絕緣子或線路過電壓保護器將直擊地線或繞擊、反擊導線的雷電流就地引入大地,減少雷電流影響范圍及雷電過電壓范圍,以解決線路防雷問題。
接地方案示意圖,如圖1所示。
圖1 接地方案示意圖
根據GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規(guī)范》桿塔的最大工頻接地電阻為10Ω。
根據GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》《工業(yè)與民用供配電設計手冊》(第四版),在土壤電阻率為100Ωm時,水平接地鐵-40×5×5000,垂直接地鐵L 50×5×2500(2根),工頻接地電阻約為10.5Ω。
考慮到淮安地區(qū)土地潮濕,多以粘土、田園土為主,根據GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》土壤電阻率僅為50~60Ωm,工頻接地電阻據公式推算約為5.48Ω,可滿足要求。根據鍍鋅接地鐵年平均最大腐蝕速率,本接地極保證30年以內厚度不低于3 mm。若按一般典型設計水平接地鐵采用-40×4×5000,則可保證15年以內厚度不低于3mm。根據公式腐蝕速率對接地電阻影響可不計。
桿上防雷設計方案示意圖,如圖2、圖3所示。
圖2 單回路桿上防雷材料設計方案示意圖
圖3 雙回路桿上防雷材料設計方案示意圖
根據GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規(guī)范》,桿塔上地線對邊導線的保護角宜采用20°~30°。
導線與地線在檔距中央的距離不滿足S≥0.012L+1的要求,但由于10 kV線路桿塔低,60 m以下的導地線間距要達到1.72 m,且由此設計的桿頂防雷支架過重,人工安裝不切實際無法做到。
因為淮安地區(qū)不是重冰區(qū)且10 kV線路檔距小弧垂小,不存在嚴重的線路脫冰跳躍,且線路多已實現絕緣化改造,本文方案采用GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規(guī)范》中表6.0.9規(guī)定,取值>0.45m,本文方案地線與上導線間最小間距約為1 m。海拔不須校正??紤]到鐵附件受力問題,避雷線按《國家電網公司配電網工程典型設計10 kV架空線路分冊》(2016版)采用35 mm2鍍鋅鋼絞線。
10 kV配電網鐵附件一般采用Q 235鋼制造。本方案斷線工況為最危工況,水平風荷載產生的彎矩及剪力、偏心扭矩等數值不大。避雷線支架采用L 80×8角鋼時最重部件約20 kg,采用L 100×10角鋼時最重部件約28 kg,此重量已達人力安裝極限。
根據材料力學公式及熱軋等邊角鋼參數,采用L 80×8角鋼時可承受最大彎矩M=2223Nm,采用L 100×10角鋼時可承受最大彎矩M=4357Nm。
GJ-35鋼絞線截面積為37.15mm2,外徑為7.8mm,計算拉斷力為45472 N,彈性系數為181423 N/mm2,線膨脹系數為11.5×10-6(1/℃)。
根據GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規(guī)范》直線桿地線斷線張力取最大使用張力的20%,耐張桿地線斷線張力取最大使用張力的70%。出于安全考慮,本方案驗算時多考慮一個機械強度安全系數,取值1.5。
GJ-35鋼絞線的安全系數各地區(qū)取值不一,一般會取值為7~12。
當采用L 80×8角鋼時,斷線時根據可承受最大彎矩推算GJ-35鋼絞線的架線安全系數:直線桿≥8,直線耐張桿≥25。
當采用L 100×10角鋼時,斷線時根據可承受最大彎矩推算GJ-35鋼絞線的架線安全系數:直線桿≥4,直線耐張桿≥13。
若90°轉角桿處無法設置拉線(如圖4所示)時,L 80×8角鋼的鋼絞線架線安全系數≥36,L 100×10角鋼的鋼絞線架線安全系數≥18。
圖4 90°轉角桿不設置拉線最惡劣工況示意圖
為了保證安全可以適當放寬鋼絞線架線安全系數,比如采用20,此時鋼絞線弧垂仍然小于導線,故在無法設置拉線的情況下,將GJ-35鋼絞線的架線安全系數改為20是合理的。
例如:當安全系數取20時,冰厚5 mm條件下。檔距60 m、40℃時,GJ-35鋼絞線的弧垂為1.22 m,JKLYJ-10/240(k=5)導線弧垂為1.619 m,JKLYJ-10/150(k=5)導線弧垂為1.964 m。外過等其他氣象條件結果一樣。但當安全系數≥36時鋼絞線弧垂將大于導線,會惡化導地線在檔距中央處的絕緣間隙及地線保護角。因此耐張桿不應采用L 80×8角鋼做避雷線支架。
90°轉角桿不設置拉線工況應當盡量避免,在此工況下架設避雷線時,應采用角鋼抗彎截面系數大的受力方向,圖4方案為角鋼抗彎截面系數最小的受力方向,是最不可取方案。由此直線桿采用L 80×8角鋼,耐張桿采用L 100×10角鋼做避雷線支架是最佳方案。
本方案在雷直擊避雷線時,可將雷電流就地引入大地,不再燒灼導線。雷繞擊或反擊導線時,通過防雷絕緣子或線路過電壓保護器將雷電流就地引入大地,并減少線路斷路器雷擊跳閘概率。通過此兩道防護,減少10 kV線路雷擊斷線或雷擊跳閘概率,提升電網安全穩(wěn)定水平。