淺析高壓輸電線路綜合防雷技術(shù)

在輸電線路的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中，經(jīng)常遇到線路雷電污閃等一些問題，線路絕緣已經(jīng)提高到相當(dāng)水平，桿塔接地裝置一再改進(jìn)，但線路雷電污閃事故仍然發(fā)生，本課題就是就高壓輸電線路綜合防雷技術(shù)進(jìn)行分析。

1、接閃

接閃就是將在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電能量按照人們設(shè)計(jì)的通道泄放到大地中去。架空線路的安全在某種程度上取決于能不能利用有效的接閃裝置，把一定保護(hù)范圍內(nèi)的閃電放電捕獲到，納入預(yù)先設(shè)計(jì)的對地泄放的合理途徑之中。常用的線路接閃裝置有避雷針、消雷器、避雷線等，它們都是用金屬材料做成，安裝在制高點(diǎn)。

2、消雷裝置

裝消雷裝置就是根據(jù)上述接閃原理，利用避雷針、消雷器等裝置的結(jié)構(gòu)。在輸電線路所經(jīng)過的容易受雷擊的地段裝設(shè)消雷裝置。各種消雷器的設(shè)計(jì)思想是希望改變接閃器的材料和形狀來產(chǎn)生電流綜合雷云中的電荷，讓雷云在消雷器的保護(hù)范圍內(nèi)無法建立起接閃所需的場強(qiáng)，把雷電荷消滅掉或限制放電電流；各種提前發(fā)射接閃器的設(shè)計(jì)思想是企圖把避雷針的接閃效果提高，即擴(kuò)大保護(hù)范圍，引雷塔是其中之一。

2.1引雷塔

該裝置基本思路是：對輸電線路所在地段的雷電影響范圍內(nèi)的地形地物做一定的調(diào)查，然后從雷電產(chǎn)生的外部環(huán)境，如：水氣資源豐富，風(fēng)口、啞口、地下礦藏、土壤電阻率、高山大嶺等等分析。雷電容易在該段線路上產(chǎn)生的真正原因，然后，采用消雷裝置一引雷。所謂引雷就是把空中帶有一定階性的雷電荷通過接閃裝置把能量提前釋放。這種接閃裝置要求裝設(shè)的地點(diǎn)要設(shè)計(jì)準(zhǔn)確?？梢苑旁陂L年風(fēng)向或迎風(fēng)面的前端或山頂山尖處。這種裝置可以用雷擊計(jì)數(shù)器來計(jì)數(shù)它的雷擊次數(shù)。釋放后的空中雷電荷能量大大減弱，仍有一定能量的殘存電荷可以通過輸電線路自身的抗體抵御。該設(shè)想在山區(qū)的線路上有所印證。當(dāng)多次遭受雷擊的地段裝設(shè)了引雷裝置后，方圓60多公里的線路在此之后沒有遭到雷擊的危害記錄。

2.2避雷針

避雷針是一種主動(dòng)式接閃裝置，其功能就是把閃電電流引導(dǎo)人大地。強(qiáng)大的雷電場就像炸藥缺少引信一樣避雷針?biāo)傅目臻g就像引信，由于避雷針的引導(dǎo)會(huì)一觸即發(fā)。因?yàn)槠涓叨群土己玫慕拥貤l件要優(yōu)于其它位置，同時(shí)尖端形成的電場又大干其它地方，所以強(qiáng)人的雷電場以避雷針為中心放電區(qū)，如果說避雷針本身不具有電抗，接地電阻又達(dá)到零值，數(shù)以億安計(jì)的雷電流可以順利通過它，不會(huì)形成熱效應(yīng)和雷電位，便可達(dá)到避雷目的。但避雷針本身和引線存在著電抗，接地電阻不可能為零，所以雷擊過程中，它沒有避雷能力，只起到雷擊位置的引導(dǎo)作用。

3、避雷線

高壓線架設(shè)高、距離長、穿越地形復(fù)雜，容易被雷擊。避雷針的保護(hù)范圍不足以保護(hù)上千公早的輸電線，閃此避雷線作為保護(hù)高壓線是必不可少的。嚴(yán)格地講，避雷線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，其主要的目的就是防止雷直擊輸電導(dǎo)線，此外還有如下的作用：1)擊塔頂時(shí)起到分流的作用，從而減低塔頂?shù)碾娢唬?)對導(dǎo)線有耦合的作用，從而降低絕緣子串上的電位；3)對導(dǎo)線有屏蔽的作用，從而降低導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓。

采用接地的避雷線是架空送電線路最有效的保護(hù)，輸電線路的防雷，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)及土壤電阻率高低等情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用合理的避雷線架設(shè)方式：1)35kV線路不宜全線架設(shè)避雷線，一般在變電所的進(jìn)線段架設(shè)1-2kin的避雷線，同時(shí)在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地段架設(shè)避雷線；2)llOkV線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，山區(qū)應(yīng)采用雙避雷線；但在年平均雷暴日數(shù)不超過15日或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明雷電活動(dòng)輕微的地區(qū)，可不架設(shè)避雷線。3)220kV線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，同時(shí)應(yīng)采用雙避雷線。防雷設(shè)計(jì)中應(yīng)保證雷電不致繞過避雷線路而直接命中導(dǎo)線。繞擊或然率表示線路每次落雷繞過避雷線而擊中導(dǎo)線的機(jī)會(huì)。

可見避雷線對線路的保護(hù)效果主要取決于其保護(hù)角的大小。所謂保護(hù)角即避雷線與導(dǎo)線的連線和垂線的夾角。避雷線的保護(hù)角愈小，其遮蔽效果越好。因此，桿塔上避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角，一般采用20°—30°。對于一些常遭雷擊的線路薄弱環(huán)節(jié)需適當(dāng)減小保護(hù)角。在設(shè)計(jì)過程中可以通過改變塔彤的設(shè)計(jì)束減小保護(hù)角，對一些特別嚴(yán)重的情況，甚至可以考慮將塔形保護(hù)角設(shè)計(jì)由以往一般采用的正值改為負(fù)值(這樣做也會(huì)在一定程度上增加鐵塔的機(jī)械負(fù)荷，也會(huì)增加一定的桿塔造價(jià))。對于運(yùn)行線路還可采用v型絕緣子串減小保護(hù)角。

4、分流，耦合

避雷線本身就具有分流的作用。對一些常遭雷擊的線路，為了提高線路的防雷性能，減少線路的雷擊跳閘率，可采用在導(dǎo)線下面加掛耦臺(tái)線(架空地線)的辦法。加掛耦合地線雖然不能減少繞擊率，但能在雷擊桿塔時(shí)起分流和耦合作用。降低桿塔絕緣上所承受的電壓，提高線路耐雷水平。

壘國不少地區(qū)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，在高土壤電阻率地區(qū)的110kV及以上的輸電線路采用耦合地線效果很好。據(jù)華東中試所實(shí)測，耦合地線的分流作用為12％－22％，平均為17％這是很可觀的。

耦合地線與導(dǎo)線問，在檔距中央應(yīng)保持足夠的垂直距離(最小3m)，以防大風(fēng)，覆冰和脫冰時(shí)發(fā)生導(dǎo)線與耦合地線碰線短路，以及雷擊桿塔時(shí)反擊導(dǎo)線的事故。北京等地某 10kV線路在大風(fēng)和雷擊時(shí)，曾發(fā)生過這種事故。浙江、廣東等地的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，檔距中央耦合地線與導(dǎo)線間的最小距離，lOkV采用3米即能保證安全運(yùn)行。在覆冰厚度增大15毫米以上的重冰區(qū)，還應(yīng)適當(dāng)加大上述距離。

5、接地

接地是為了將已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放人大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。電氣設(shè)備的接地是保證人身安全及電氣設(shè)備正常工作的重要部分，也是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)。接地按其作用可分為三類：1)保護(hù)接地，指正常情況下將電氣設(shè)備外殼及不帶電金屬部分的接地。如發(fā)電機(jī)，變壓器等電氣設(shè)備外殼的接地。2)工作接地，指電力、通訊等系統(tǒng)中利用大地做導(dǎo)線或?yàn)楸ＷC其正常運(yùn)行所進(jìn)行的接地。如供電系統(tǒng)中的三相四線制中的地線，某些變壓器中性點(diǎn)接地等。3)防雷接地，指過電壓保護(hù)裝置或設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)的接地。如避雷器的接地、避雷針構(gòu)架的接地等，也稱過電壓保護(hù)接地。

接地裝置由接地體和接地線組成。輸電線路桿塔接地裝置通過稈塔或引下線與避雷線相連，其主要作用是將直擊于輸電線路的雷電流引入大地，以減小雷擊引起的停電和人身事故，此外還應(yīng)保證繼電保護(hù)裝置能可靠地動(dòng)作。無論是防直擊雷或感應(yīng)雷，最終都是通過接地裝置將雷電流送入大地。沒有完善的接地系統(tǒng)所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來，所以它是整個(gè)防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)。

接地裝置的接地電阻通常南二部分組成：第一部份：接地體本身的電阻，通常接地電極都是用金屬做成，這部分電阻只占接地電阻的1％Ⅳ2％，可以忽略。第二部份：接地電極與土壤接觸部分的接觸電阻，在一般土壤中這部分占接地電阻的20％－60％。第三部份：電流流經(jīng)接地極流入壤后散流時(shí)的電阻，這部分散流電阻由土壤電阻率決定。

目前采取的降低接地電阻的方法主要有以下幾種：更換土壤；人工處理土壤(對土壤進(jìn)行化學(xué)處理)；深埋接地極；多支外引式接地裝置。用接地電阻降阻劑；利用水和與水接觸的鋼筋混凝土體作為流散介質(zhì)；采取伸長水平接地體，采取污水引入；采取深井接地等等

6、結(jié)語

本文分析了狀態(tài)加強(qiáng)中防雷害的幾種有效手段，同時(shí)介紹輸電線路避雷線的作用，對于今后我國輸電線路抗雷設(shè)計(jì)具有一定幫助。