劉 軍，葉建茹，姬苗飛，何小蘭

（榆林市廣播電視中心，陜西 榆林 719000）

0 引 言

湖北某市一電臺位于山邊。轄區(qū)年平均雷雨日達(dá)45天，為多雷區(qū)。電臺長期受到雷電災(zāi)害的影響。從地區(qū)的閃電活動情況來看，架空線路和輸電塔架后，因空間電場的失真而誘發(fā)了更多的雷擊，其原因是10 kV配電網(wǎng)的避雷器經(jīng)常遭到雷擊。對此，技術(shù)人員對中繼臺配電網(wǎng)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研和實(shí)地測試，對其目前的避雷技術(shù)問題進(jìn)行了剖析，并提出了相應(yīng)的改造方案。

1 轉(zhuǎn)播站供電系統(tǒng)簡介

10 kV配電線路是為中轉(zhuǎn)臺提供電力的專用線路，線路長度1 km，共18號桿塔。兩端桿塔為抗拉棒，其余為直桿，直棒為P10型，抗張棒為懸掛型絕緣子。除了首一級鐵塔至變壓器的高壓端使用LGJ-16型導(dǎo)線以外，其余部分使用LGJ-25型導(dǎo)線，并在各線路的末端設(shè)置一套墜落式保險絲。目前所用的變壓器是一種30 kVA的油浸普通變壓器，安裝在兩根排水管柱上，與中繼臺相鄰。變壓器的高壓一側(cè)裝有一套避雷裝置。

2 存在問題分析

2.1 線路絕緣配合不合理

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，10 kV配電線路全部為P10型絕緣子。經(jīng)實(shí)驗室測試，發(fā)現(xiàn)P10型絕緣子的U50%放電電壓為132.74 kV，而國標(biāo)規(guī)定的10 kV變壓器的全波雷電沖擊耐受值為75 kV。測試數(shù)據(jù)表明，10 kV線路的衰減特性隨頻率的變化而變化，在低頻段的衰減明顯小于高頻段，在架空轉(zhuǎn)地纜或地纜轉(zhuǎn)架空線處的衰減較大。高壓直流輸電線路絕緣配合的設(shè)計是為了解決桿塔和線路高度中心之間可能存在的所有間隙，包括控制塔、導(dǎo)雷導(dǎo)線、導(dǎo)地以及不同極性導(dǎo)線之間的絕緣選擇和相互配合，具體內(nèi)容是：根據(jù)不同的工程和大氣條件，選擇絕緣子類型，確定絕緣子串的數(shù)量，確定塔頭的氣隙、極性導(dǎo)體之間的距離等，以達(dá)到直流線路的合理絕緣水平。

我國地形復(fù)雜，線路多樣，電網(wǎng)在維護(hù)過程中經(jīng)常進(jìn)行線路改造、負(fù)荷調(diào)整等操作，使得10 kV線路之間的關(guān)系發(fā)生變化。電壓等級越高，地理位置越靠近城市中心，軌交線路越多，距離越近，變壓器中性點(diǎn)的雜散電流平均值越大，偏磁影響越大。通過這種方式，10 kV輸電線路的閃電過載幅度可以超過200 kV，嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的安全，嚴(yán)重時還會造成電力系統(tǒng)中的電力變壓器等設(shè)施的不安全運(yùn)行。根據(jù)經(jīng)驗，輸電線路周圍的閃電越多，閃電離傳輸線路越近，發(fā)生雷擊的概率就越大[1-2]。

2.2 桿塔接地電阻過大

技術(shù)人員對9類配電線路的塔架進(jìn)行了抽樣，利用三級方法對其進(jìn)行了測試，結(jié)果如表1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)桿塔接地電阻過大，導(dǎo)致作業(yè)人員無法進(jìn)行帶電作業(yè)。接地電阻過大是一個很大的問題，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并及時調(diào)整，可能會造成大范圍的停電事故。接地電阻越高，地電位越高，給電力系統(tǒng)和人身安全帶來極大的威脅。

表1 桿塔接地電阻測量值

2.3 發(fā)射塔接地電阻過高

根據(jù)實(shí)際檢測，該發(fā)射塔接地電阻過高，接地阻值為20 Ω，具有很大的安全隱患。此外，中繼臺還存在臺區(qū)表異常、相位角異常、用電異常等異常情況。

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB 50057—2010）的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)發(fā)射臺或微波中心基站的接地電阻應(yīng)低于或等于5 Ω，而普通中繼臺要低于或等于10 Ω[3]。當(dāng)出現(xiàn)電擊時，因其高的接地電阻和較高的電壓，極易引發(fā)反向故障。當(dāng)其短路時，故障電流的方向和大小都會發(fā)生變化，從而增加其與系統(tǒng)之間的配合難度，從而影響其保護(hù)性能。這些問題往往會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性[4-5]。

2.4 變壓器低壓側(cè)未安裝避雷器

經(jīng)實(shí)地考察，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)10 kV配中繼臺的低壓端沒有避雷器保護(hù)。在該地區(qū)，閃電活動強(qiáng)烈，如果變壓器的低壓端沒有避雷裝置的防護(hù)，那么，雷電的過電壓就會傳遞到變壓器上，并以“正變換”方式破壞，同時又會入侵到中繼臺的中繼臺，造成低壓控制裝置被破壞。而且當(dāng)輸電線路遭受雷擊，產(chǎn)生的雷電波還會沿著線路傳輸?shù)街欣^臺，從而進(jìn)一步引發(fā)重大事故。變壓器是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，同時也是最容易發(fā)生故障的設(shè)備之一。變壓器低壓側(cè)未安裝避雷器，會影響裝置的正常運(yùn)行[6-7]。

3 改造措施

3.1 絕緣子并聯(lián)加裝可調(diào)式過電壓保護(hù)間隙并設(shè)置特殊進(jìn)線段保護(hù)

PKJ-10P可調(diào)過壓保護(hù)器與10 kV線路絕緣子串并聯(lián)，調(diào)節(jié)空隙的50%放電電壓，使其達(dá)到90%～95%。采用可調(diào)過電壓保護(hù)器對絕緣子進(jìn)行保護(hù)，使雷擊接地電弧通道遷移，減少了線路的雷擊建弧率，從而減少了雷擊跳閘的發(fā)生[8]。結(jié)果表明，在120.11 kV的沖擊下，絕緣子沒有出現(xiàn)閃絡(luò)，且放電通道位于可調(diào)節(jié)保護(hù)間隙的球狀電極之間。從表2可以看出，間隔122.9 mm的可調(diào)過電壓保護(hù)設(shè)備可以用于10 kV架空配電線路。將其設(shè)在線路進(jìn)轉(zhuǎn)播站的5號桿塔，是一種特殊進(jìn)線段保護(hù)，即由5級開始，逐步減小過電壓保護(hù)器的工作間隔，直至終端桿與轉(zhuǎn)播站的備用絕緣狀態(tài)一致，并與配電變壓器的高壓側(cè)的避雷器配合使用。通過分析終端塔架與6號塔架之間的防護(hù)間隙差異，逐步調(diào)整防護(hù)間隔間距。

表2 P10絕緣子并聯(lián)可調(diào)式保護(hù)間隙試驗數(shù)據(jù)

3.2 對進(jìn)線段桿塔接地進(jìn)行沖擊優(yōu)化

由于該站位于峰頂，土壤電阻較高，進(jìn)線桿塔接地電阻較大。為避免進(jìn)線發(fā)生雷擊，必須對進(jìn)線區(qū)頭5號桿進(jìn)行接地。具體的改造措施是：從主網(wǎng)鋪設(shè)12 mm的鍍鋅圓鋼到進(jìn)線的前5級桿塔，深度為0.8 m。同時，在進(jìn)線區(qū)內(nèi)5號桿的橫擔(dān)上，將12 mm直徑的鍍鋅圓鋼焊成接地引下線，并與新鋪設(shè)的鍍鋅圓鋼進(jìn)行可靠的焊接。

3.3 對發(fā)射塔接地進(jìn)行沖擊優(yōu)化

通過實(shí)地測試，發(fā)現(xiàn)在發(fā)射臺周圍地區(qū)的接地電阻很高，很難把接地電阻降到達(dá)標(biāo)。通過分析地面上的雷電分布特性和發(fā)射臺的特點(diǎn)，對接地器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使沖擊的阻抗最小，提出了以下改進(jìn)方案。

（1）在距發(fā)射臺4個角落1 m的地方鋪上50×5的平面鋼板，然后在距該環(huán)型地平面網(wǎng)外環(huán)2 m的地方設(shè)置一個圓形的橫向地線，并將其邊緣改變?yōu)閳A形，以防止尖銳的角度產(chǎn)生放電。依據(jù)地勢條件，在右側(cè)兩座塔基礎(chǔ)上各設(shè)2條輻射帶，長15 m，扁鋼板深度1 m。

（2）采用50×5的扁鋼將兩個環(huán)狀接地網(wǎng)片相距5 m處相連。對于橫向接地體，可在基坑挖好后進(jìn)行橫向接地體的埋設(shè)與焊接。

（3）先用黏土充填約0.3 m，然后用原來的土壤充填到地表。

進(jìn)行三級法檢測后，檢測發(fā)射臺的接地電阻，最終得到阻值為8.4 Ω，滿足了規(guī)范的要求。

3.4 變壓器低壓側(cè)加裝避雷器

在變壓器的低壓端裝有一臺低壓避雷器，該裝置在低壓端出現(xiàn)閃電過壓時，能夠快速將電流通過高壓引入地面，既能對高壓線圈起到防護(hù)作用，又能避免電流對低壓電器造成損壞。

4 結(jié) 語

盡管近幾年廣播電視轉(zhuǎn)播站的選址和施工都充分顧及到了雷電災(zāi)害的可能性和危害，把防雷減災(zāi)工作列為廣播電視轉(zhuǎn)播站的建設(shè)、運(yùn)行與管理工作的重中之重，但是，我國廣播電視轉(zhuǎn)播站的數(shù)目較多，地理分布較廣，因此各臺站防雷減災(zāi)工作的水平和能力參差不齊。對于廣播電視轉(zhuǎn)播站出現(xiàn)的閃電，針對其可能產(chǎn)生的各種風(fēng)險因素，必須掌握其潛在的危險。此外，相關(guān)主體要加強(qiáng)對廣播電視轉(zhuǎn)播站防雷、抗震、建設(shè)等多方面的保護(hù)，以保證其安全與穩(wěn)定。