電力系統(tǒng)防雷技術(shù)及其應(yīng)用

莫建揮

摘要：雷電會(huì)給電力系統(tǒng)線路和設(shè)備帶來諸多問題，如何有效地防止雷擊的破壞是非常關(guān)鍵的。本文介紹了防雷技術(shù)，重點(diǎn)分析了防雷新枝術(shù)的發(fā)展，并以肇慶供電局某變電站為例子，說明采用防雷新技術(shù)后有效地防止了以前發(fā)生的雷擊事故。

關(guān)鍵詞：防電；電力系統(tǒng)

雷電是普遍存在的自然現(xiàn)象。對(duì)電力系統(tǒng)而言，雷擊不僅會(huì)產(chǎn)生諸如擊穿、損壞線路或設(shè)備等可以直觀觀察到的損壞之外，其涌流還可能進(jìn)入系統(tǒng)的二次設(shè)備，從而引起保護(hù)裝置誤動(dòng)等諸多可能潛在的惡性事故，給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大的威脅。因此，雷電現(xiàn)象及防雷技術(shù)一直引人關(guān)注，人們對(duì)雷電及防雷技術(shù)進(jìn)行了大量研究，不斷追求和研制完備的雷電保護(hù)裝置。

1傳統(tǒng)防雷技術(shù)

自富蘭克林發(fā)明了避雷針以來，避雷針作為一種最實(shí)用的防雷裝置，得到了普遍使用并延續(xù)了上百年的歷史，以后又出現(xiàn)了避雷線、避雷帶和避雷網(wǎng)等防雷設(shè)備。

雷云放電的先導(dǎo)在高空時(shí)隨機(jī)發(fā)展，但接近地面時(shí)，由于地面靜電感應(yīng)電荷的激增，使高聳于地面之上的避雷針尖端局部電場強(qiáng)度增加，畸變的空間電場影響雷電先導(dǎo)的發(fā)展方向，將雷云放電吸引到避雷針上，從而保護(hù)了避雷針附近較低高度的物體，這就是避雷針原理。這類避雷針以其發(fā)明者名字命名，叫富蘭克避雷針。在此基礎(chǔ)上，人們又發(fā)明了諸如主動(dòng)放電式和脈沖放電式避雷針、低阻抗避雷針和帶衰減器的避雷針等等，以有效改善避雷針的性能。但是避雷針無法做到對(duì)保護(hù)對(duì)象百分之一百的保護(hù)，存在著保護(hù)的“盲區(qū)”。

避雷線無論從保護(hù)原理還是從制作方法上跟避雷針類似。避雷線是由懸掛在空中的水平接地導(dǎo)線、接地引下線和接地體組成。避雷線對(duì)雷云與大地之間電場畸變影響較小，其引雷使用和保護(hù)寬度均比避雷針小。避雷線一般用一定截面的鍍鋅鋼絞線制做而成，架設(shè)在供電線路上方或其他被保護(hù)物上方。

避雷網(wǎng)是又點(diǎn)焊接之后形成一個(gè)金屬網(wǎng)，用于防止雷電直擊，也可以用于阻礙、降低外界電磁輻射能量向被保護(hù)空間傳播和限制某一空間內(nèi)部的電磁輻射能量向外界傳播，也稱屏蔽網(wǎng)。建筑物可利用混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋將避雷網(wǎng)、引下線和接地裝置組成一個(gè)整體大網(wǎng)籠，稱為籠式避雷網(wǎng)，通常采用暗裝或部分暗裝。

2防雷新技術(shù)

2、1放射性同位素避雷針

如何提高避雷針的效能，早在1914年，匈牙利物理學(xué)家愛爾齊拉特已發(fā)現(xiàn)利用放射性物質(zhì)能使空氣電離的原理可以增強(qiáng)避雷效能。近年來隨著同位素技術(shù)應(yīng)用日益普及，許多先進(jìn)國家，研制出了放射性同位素避雷針。

放射性同位素避雷針的避雷原理與富蘭克林避雷針的原理是一樣的。所不同的是前者依靠放射性同位素發(fā)射的射線使避雷針附近的空氣大量地電離，主動(dòng)地打開一條與云中電荷相通的電的通路；而富蘭克林避雷針的尖端只能產(chǎn)生少量的離子。放射性同位素避雷針?biāo)a(chǎn)生的電離電流要比富蘭克林避雷針高10000倍以上，再加上加速裝置的作用還可以提高很多。它能及早放電，使保護(hù)區(qū)內(nèi)無閃電產(chǎn)生。還可降低保護(hù)區(qū)外的電位。保護(hù)范圍也大得多。

放射性同位素避雷針的類型很多，結(jié)構(gòu)大體相同。是由下列各部分組成的：一根尖頂?shù)慕饘贄U；一個(gè)與桿絕緣的金屬錐體，錐體上裝有放射源；錐體四周下垂三根飄帶狀的大氣電勢(shì)接觸天線；一個(gè)與桿連接的金屬環(huán)。環(huán)與錐體組成激勵(lì)器。中央的金屬桿是接地的，它處于零電位。大氣電勢(shì)接觸天線處于大氣之中，它與周圍大氣同電位。因它與激勵(lì)器錐體相連，所以錐體上的電位就是圍周大氣的電位。金屬環(huán)與芯桿相連，所以也是零電位。

相比于富蘭克林避雷針，變電站防雷系統(tǒng)如果采用放射性同位素避雷針，有望改善線路、設(shè)備的防雷性能，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)并不困難，是變電站防雷系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)值得關(guān)注的方向。

2、2高壓水炮法

美國科學(xué)家用一種新技術(shù)把雷電吸引到了安全地帶。方法是用高壓水炮向暴風(fēng)云中噴射含有特殊鹽和聚合物的超細(xì)水流，由于水流中含鹽，因此增加了水的導(dǎo)電性，這樣超細(xì)水流就像避雷針一樣，將雷電引入地下。水中溶解的聚合物可以防止噴射的水流分裂成液滴或霧狀，以使水流的直徑保持在1厘米左右，并能射入300米以上的高空暴風(fēng)云中。當(dāng)雷電觸發(fā)時(shí)，水流可以通過10000安培的電流。由于水流是和噴嘴的巨大銅圓錐體相連的，因此，它就成為一根有效的避雷針。

為了變電站遭受雷電襲擊，可在變電站周圍安裝能夠移動(dòng)的水炮，水炮上安上雷電檢測器，當(dāng)周圍出現(xiàn)的電場強(qiáng)大到足以可能發(fā)生雷電襲擊時(shí)，檢測器就可以通過計(jì)算機(jī)操縱水炮，向空中噴射水流，起臨時(shí)避雷針的作用。當(dāng)然，在具體實(shí)現(xiàn)上，該方法難度較大而且其可靠性還有待進(jìn)一步考察。但是，該方法提供了一個(gè)很好的思路，就是防雷方法的多樣化和主動(dòng)化趨勢(shì)，甚至可以充分引導(dǎo)和利用雷電，使之不單不危害變電站的安全，甚至可以轉(zhuǎn)為能源加以利用，化害為利。

2、3LRC線圈

最近，美國NASAX：程師宣稱發(fā)明了一種LRC線圈，可防止雷擊對(duì)電力電纜、信號(hào)電纜、電纜附件以及電力裝置造成的破壞。其具體原理是：LRC線圈由兩個(gè)在電力電纜或信號(hào)電纜上繞兩個(gè)方向相反的線圈組成，兩個(gè)線圈的末端相互連接。第一個(gè)線圈的作用如同抑流圈，由雷擊形成的浪涌電流進(jìn)入電纜的內(nèi)部芯絨，第二個(gè)線圈的作用類似于屏蔽罩，產(chǎn)生一個(gè)與第一個(gè)線圈數(shù)值相等、方向相反的電磁場，以抵消第一個(gè)線圈的變化，相當(dāng)于利用法拉第籠將雷擊浪涌電流產(chǎn)生的磁場局限在很小的范圍內(nèi)。整個(gè)LRC線圈封閉成一個(gè)整體，由一個(gè)接地的外接插頭相連接。據(jù)測試，電纜中安裝了LR C線圈后，極大地改變了電纜的電感量。利用LRC技術(shù)研制的裝置可廣泛應(yīng)用于工廠企業(yè)配電系統(tǒng)及地埋電力電纜中，能很好地滿足防雷需要。

2、4雷電定位系統(tǒng)

隨著數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，又出現(xiàn)了一種基于閃電遙測的計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)防雷方法——雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)LLs(Lightning Location System)。

雷電定位系統(tǒng)原理是：在較大的地域上安裝若干個(gè)雷電遙測站，將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過全球定位系統(tǒng)GPS(Global Position System)傳送到中心站，計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、處理，從而確定雷擊參數(shù)、雷擊地點(diǎn)。LLS本身不具備防雷能力，但具有迅速定位雷擊點(diǎn)、收集雷電數(shù)據(jù)等功能，對(duì)防雷具有重大意義。LLS采用定向定位和時(shí)差定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷電定位。定向定位是不同地區(qū)的雷電遙測站獨(dú)立測定同一個(gè)雷電方位角等參數(shù)，實(shí)時(shí)傳送到中心站，經(jīng)雷電位置分析儀及專家系統(tǒng)確定雷擊點(diǎn)和雷電參數(shù)。時(shí)差定位是在各雷電遙測站安裝與GPS實(shí)時(shí)通信的授時(shí)器，使各雷電遙測站的時(shí)針保持高精度同步，各雷電遙測站獨(dú)立測定同一個(gè)雷電，然后將雷電發(fā)生時(shí)間及有關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到中心站，通過綜合分析確定雷擊點(diǎn)和雷電參數(shù)。LLS能夠準(zhǔn)確及時(shí)、直觀地檢測到雷擊故障點(diǎn)，準(zhǔn)確有效地對(duì)雷電進(jìn)行定位、定性和定量分析，提高了巡線效率，為迅速排除輸電線路雷擊故障提供可靠依據(jù)。

雷電定位系統(tǒng)改變了以往事前無法得到信