摘要：当前我国很多煤矿企业电源总进线采用35kv架空输电线路的方式，在现场实际工作中，往往忽视对架空线路的防雷保护措施，本文分析探讨了煤矿企业35kv架空电源线路的防雷保护设计及运行维护管理，希望能提高煤矿供电的安全性和可靠性，促进煤矿企业的安全生产。
关键词：煤矿；35kv输电线路；防雷保护设计；运行管理
1.引言
当前很多煤矿企业电源总进线采用35kv架空输电线路的方式，煤矿企业供电属于重要负荷单位，所以对输电线路的安全性和可靠性要求是非常高的，但是在现场实际工作中,一些煤矿架空线路的避雷保护措施不完善,造成每年雷雨季节架空线路因雷击产生的停电事故频发,对矿井的安全生产造成很大的影响。笔者结合自己所在工作单位即华电煤业集团有限公司所属8对矿井的现场管理实践，重点论述煤矿35 kv架空输电线路防雷设计和运行维护管理,希望能提高煤矿供电的安全性和可靠性,促进煤矿的安全生产。
2.架空输电线路常见防雷保护设计与防雷措施。
目前，在输电线路路径受地形和投资限制，选择范围不大的情况下，架设避雷线，降低杆塔接地电阻、装设避雷器或消雷器（SLE）、装设自动重合闸装置、提高线路绝缘水平等成为防雷保护设计的主要方法。避雷线、杆塔接地电阻、避雷器、自动重合闸装置、线路绝缘的设计标准在各类规程和技术规范都有较为详细的阐述，下面分别简要叙述一下。
2.1 合理选择输电线路路径
大量运行经验表明，线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段。我们称之为选择性雷击区，或称为易击区。线路若能避开易击区，或对易击区线段加强保护，则是防止雷害的根本措施。实践表明，下列地段易遭受雷击：
a、雷暴走廊，如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处；
b、四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处；
c、土壤电阻率有突变的地带，如地质断层地带，岩石与土壤、山坡与稻田的交界区，岩石山脚下有小河的山谷等地，雷易击于低土壤电阻率处；
d、地下有导电性矿的地面和地下水位较高处；
e、当土壤电阻率差别不大时，例如有良好的土层和植被的山丘，雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
2.2 架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷防护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：
a.分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低杆顶电位；
b.通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；
c.对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
根据现有通行的架空线路设计技术规程，35kv输电线路的防雷设计均是在线路进出变电所1-2km的范围内架设避雷线，并不要求全线架设避雷线，但是笔者认为对于处在多雷区的煤矿35kv架空输电线路，宜全线架设避雷线。原因有二：第一，煤矿供电属于一级重要负荷，对输电线路的安全性和可靠性要求高，2011年新版《煤矿安全规程》第四百六十一条也增加了“在多雷区的主要通风机房、地面瓦斯抽采泵站的架空线路应当有全线避雷设施”；第二，35KV线路全线架设避雷线后，投资造价肯定会有所增加，但经测算单位造价增加幅度约为6%-10%左右，增加的投入并不多。
另外架设避雷线需要重视的是，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线，应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°，此外为了起到保护作用，避雷线应在每基杆塔处逐塔接地。
2.3 降低杆塔接地电阻
2.3.1 避雷线与塔脚电阻相配合
避雷线与塔脚电阻相配合，在雷击时能够起到大幅度降压的作用，是一种最有效的防护措施。因这时若一相因雷击闪络接地后，它就实际上起到了避雷线的作用，在一定程度上可以防止其它两相进一步闪络。规程要求：装设有避雷线的输电线路，每基杆塔的工频接地电阻在雷季干燥时不宜超过下表所列数值，且在雷暴日超过40d的多雷地区，一般不超过10Ω。
2.3.2杆塔接地装置的常见形式
a.在土壤电阻率小于或等于100Ωm的潮湿地区，若杆塔的自然接地电阻不大于上表规定，可利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地（包括铁塔基础以及钢筋混凝土杆埋入地中的杆段和底盘、拉线盘等），不必另设人工接地装置，但发电厂或变电所的进线杆塔除外。
b.土壤电阻率在100-300Ωm的地区，除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外，还应设人工接地装置，接地体埋设深度不宜小于0.6-0.8m。
c.土壤电阻率在300-2000Ωm的地区，一般采用水平敷设接地装置，接地体埋设深度不宜小于0.5m.在耕地中的接地体，应埋设在耕作深度以下。民区和水田中的接地装置，包括临时接地装置，宜围绕杆塔基础敷设形成闭合环形。
d.土壤电阻率大于2000Ωm的地区，可采用6-8根总长度不超过500m的放射形接地体，或连续伸长接地线。放射形接地体可采用长短结合的方式，接地体埋设深度不宜小于0.3m。连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1-2根接地线，并可与下一基塔的杆塔接地装置相连。在高土壤电阻率地区，当采用放射形接地装置时，若在杆塔基础附近（在放射形接地体每根最大长度的1.5倍范围内）存在土壤电阻率较低的地带，可采用引外接地或者其它措施。
2.3.3目前常见的降低杆塔接地电阻的方法
a.利用接地电阻降阻剂
在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸,降低与周围大地介质之间的接触电阻的作用。因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。
b.采用爆破接地技术
爆破接地技术是近年发展起来的降低接地装置接地电阻的新技术，通过爆破制裂，再用压力机将低电阻率材料压入爆破裂隙中，从而起到改善很大范围的土壤导电性能的目的，相当于大范围的土壤改性。
c.采取伸长水平接地体
当水平接地体长度伸长至有效长度范围内时，根据不同的土壤电阻率，可降低接地体接地电阻。如下表所示。
在不同土壤电阻率下的水平接地体有效长度
2.4 安装线路避雷器或消雷器（SLE）
在雷电活动强烈、雷击跳闸率比较高或土壤电阻率很高的架空输电线路段及线路绝缘薄弱处装设避雷器或消雷器（SLE），此外，在线路交叉处和大跨越高杆塔等处也需要装设线路避雷器或消雷器。
加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因而避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的点位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络。因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
消雷器SLE，即半导体少长针消雷装置，是一种新型直击雷防护装置，它具有“中和”、“限流”、和“屏蔽”三大功能，能消灭上行雷，消减被保护物受雷击率，延缓主放电时间，消减雷电流幅值，从而使被保护物免受直击雷的侵害，使被保护物得到可靠的保护。消雷器在华电煤业所属肖家洼煤矿应用效果非常好。
2.5 装设自动重合闸装置
由于架空输电线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国35kV及以下的线路重合闸成功率约为50%-80%.规程要求：“各级电压线路应尽量装设三相或单相自动重合闸”。因此，煤矿35kV或110KV电压等级的电源线路均应尽量安装自动重合闸装置。加装线路自动重合闸作为线路防雷的一种有效措施，在线路正常运行中和保证供电可靠性上都发挥了积极的作用。
2.6 采用中性点非有效接地方式
煤矿35kV供电系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样可以补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢复到正常工作状态，降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性，使雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除，不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时，由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平和线路供电可靠性。
2.7 合理选择输电线路绝缘配合
2.7.1 绝缘子串的选择
目前35KV线路，常用的的绝缘子种类主要有三种：一种是使用瓷砖绝缘子，价格相对便宜一些，第二种是零值，能自爆的钢化玻璃绝缘子。第三种就是现在用的比较多的合成绝缘子，因其耐雷水平高，不存在零值，具有自洁功能。
对于全线架设避雷线的架空线路，推荐使用合成绝缘子，因为其防污性能比普通绝缘子要好得多，而且重量轻、体积小、抗拉强度高，因全线架设避雷线，雷击导线的机率小，绝缘子发生闪络的机率也较小，而合成绝缘子不需要清扫，不需要测零，这样检修的工作量会大大减少。
2.7.2 塔头空气间隙和绝缘的选择
a.塔头空气间隙选择的原则，是带电体与塔构件的空气间隙在正常运行电压情况下，应能耐受住最高运行电压及在一定概率条件下可能出现的工频过电压的作用；在雷电过电压情况下，对非污秽区而言，其耐压程度应与绝缘子串的耐压强度相匹配。
b.塔头绝缘选择还取决于外绝缘（空气间隙和绝缘子串）的放电电压，它和大气状态（气压、温度、湿度）有关，这主要是由于空气密度和湿度对外绝缘放电电压的影响所致，即外绝缘的放电电压随着空气密度或湿度的增加而升高，但当相对湿度超过80%时，特别是当闪络放生在绝缘表面时，放电电压变得很大。
2.7.3 适度加强线路绝缘
由于输电线路个别地段需采取大跨越高杆塔（如；跨河杆塔），这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也比较大。在高海拔地区和雷电活动强烈地段，也存在这样的情况，为了降低线路跳闸率，可在高杆塔上或特殊地段增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与底线之间的距离，以加强线路绝缘。在35kV线路可采取瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。
2.8 一些重点地段的防雷保护措施
2.8.1 发电厂及变电所进线端的保护
未沿全线架设避雷线的35kV架空输电线路，应在变电所1-2km进线段架设避雷线，并应在发电厂、变电所进线段，在电缆与架空线的连接处装设阀形避雷器。连接电缆段的1km架空线路应架设避雷线。在保护段内的杆塔耐雷水平应达到有关标准。
2.8.2对大跨越杆塔的保护
大跨越杆塔的绝缘水平不应低于同一线路的其他杆塔。全高超过40m有避雷线的杆塔，每增高10m，应增加一片绝缘子。
未沿全线架设避雷线的35kV及以上新建线路的大跨越段，宜架设避雷线。对新建或无避雷线的大跨越档，应装设避雷器或保护间隙，且新建线路应增加一片绝缘子。
3.煤矿35KV架空输电线路的运行维护管理。
3.1 巡视
线路巡视的基本要求是运行维护单位对所管辖输电线路，均应指定专人巡视，同时明确其巡视的范围和电力设施保护等责任。线路巡视以地面巡视为基本手段，并辅以带电登杆（塔）检查、空中巡视等。
线路巡视包括正常巡视、故障巡视、特殊巡视，其中正常巡视主要包括设备巡视和通道环境巡视，线路设备与通道环境的巡视可按不同的周期分别进行。
3.1.1设备巡视的要求及内容
设备巡视应沿线路逐基逐档进行并实行立体巡视，不得出现漏点（段），巡视对象包括线路本体和附属设施。设备巡视以地面巡视为主，可以按照一定的比例进行带电登杆（塔）检查，重点对导线、绝缘子、金具、附属设施的完好情况进行全面的检查。
设备巡视检查的内容可参照《架空输电线路运行规程 》执行。
3.1.2架空线路通道环境巡视的要求及内容
架空线路通道环境巡视应对线路通道、周边环境、沿线交跨、施工作业等情况进行检查，及时发现和掌握线路通道环境的动态变化情况。根据线路路径的特点安排步行巡视或乘车巡视，对通道环境上的各类隐患或危险点安排定点检查。对交通不便和线路特殊区段可采用空中巡视或安装在线监测装置等。
通道环境巡视检查的内容参照按《架空输电线路运行规程 》执行。
3.1.3巡视周期
由于35KV架空线路为矿井电源线路，属于一级重要负荷，所以正常线路巡视（包含设备巡视和通道环境巡视）周期要求至少每月1次。
3.2检测项目及检测周期。
检测项目及检测周期要严格遵循煤矿《电气设备预防性试验规程 》和《架空输电线路运行规程 》等规程规定。
3.2.1 架空线路防雷设施及接地装置中，杆塔接地电阻测试、线路避雷器检测、防雷间隙检查均需要每年进行1次。
3.2.2 架空线路基本组件中，沿线架线钢筋混凝土杆塔受冻情况检查、钢管塔表面锈蚀情况，每年要检查1次；杆塔、铁件锈蚀情况检查每3年要检查1次；盘型绝缘子绝缘测试、复合绝缘子电气机械抽样检测试验、铁塔、钢管杆（塔）基础、拉线装置、接地装置开挖检查也均要求每五年进行1次。
4.结语
综上所述，35kv输电线路防雷保护设计及运行维护管理工作必须一切从实际出发，要充分听取各种意见，设计、施工和运行维护部门应紧密结合，通力协作，根据煤矿企业当地雷电活动情况和输电线路的具体特点等，综合运用。笔者所在华电煤业集团所属部分矿井，采用上述多种防雷措施综合应用，对矿井35kv线路防雷保护进行改造升级后，经受这几年雷雨季节考验，未发生雷击闪络跳闸事件，效果明显，大大提高了35kv架空输电线路运行的安全性和可靠性，确保了煤矿安全供电。
参考文献
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《杆塔工频接地电阻测量》.DL/T887-2004.
作者简介
许晋飞（1980- ），男，内蒙古鄂尔多斯市人，毕业于山西矿业学院 现在华电煤业集团有限公司安全监察局工作。
论文作者:许晋飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/11
标签：线路论文; 避雷线论文; 杆塔论文; 绝缘子论文; 防雷论文; 避雷器论文; 导线论文; 《电力设备》2017年第32期论文;