輸電線路的防雷措施探討

鄧家洪

（重慶市電力公司綦南供電局，重慶 401420）

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，雷害事故引起的跳閘占有很大比例，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示在雷災(zāi)嚴(yán)重地區(qū)由雷災(zāi)引起的輸電線路跳閘事故達(dá)到或超過(guò)總跳閘事故的1/3。輸電線路的雷電流高達(dá)數(shù)十安乃至數(shù)千安，足以引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)，威脅著人員、設(shè)備和電網(wǎng)的安全，因此雷雨活躍地區(qū)普遍將防雷工作作為安全工作的重中之重。[1，2]

1 雷電對(duì)于輸電線路的危害

從輸電線路以及電網(wǎng)的安全考慮，雷電的危害主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是雷電放在輸電線路上，會(huì)引起很高的過(guò)電壓，導(dǎo)致繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘，切斷運(yùn)行線路造成巨大損失；考驗(yàn)周圍設(shè)備的絕緣水平和耐受能力，對(duì)人員、設(shè)備造成威脅。二是雷電帶來(lái)巨大電流施加在輸電線路上，導(dǎo)致雷電擊中點(diǎn)炸毀、燃燒使導(dǎo)線損毀或熔斷，巨大電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電動(dòng)力還會(huì)造成桿塔等電力設(shè)備的機(jī)械損傷。

雷電導(dǎo)致的災(zāi)害往往不能通過(guò)電力系統(tǒng)自身的修復(fù)能力自動(dòng)恢復(fù)，造成設(shè)備損壞更是需要一定時(shí)間和力量進(jìn)行檢修處理。雷電發(fā)生集中在春季和夏季，正是生產(chǎn)集中的時(shí)期，這一時(shí)期的電力中斷將會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。雷電天氣發(fā)生在夜晚、環(huán)境惡劣地區(qū)的可能性較大，更增大了檢修的難度。

2 主要的防雷方法及應(yīng)用現(xiàn)狀

輸電線路所采用的防雷保護(hù)措施主要有：加裝避雷線、降低輸電桿塔的接地電阻、加強(qiáng)輸電線路絕緣水平、加裝耦合地線、加裝消弧線圈、采用不平衡絕緣系統(tǒng)和采用自動(dòng)重合閘設(shè)備等。加裝避雷線是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛也是最有效的方法。避雷線又稱架空地線，是在輸電線路的桿塔間架設(shè)裸露導(dǎo)線，并在部分節(jié)點(diǎn)裝設(shè)避雷器，當(dāng)有雷電擊中避雷線時(shí)，將雷電引入大地，從而避免雷電擊中輸電線路造成損失。避雷線防雷的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何保證雷電擊中避雷線而不是其保護(hù)的線路。首先需要合理設(shè)置避雷線的數(shù)目，數(shù)目過(guò)少難以起到保護(hù)效果，數(shù)目多則需要較大的經(jīng)濟(jì)投入和施工難度，也為桿塔增加了負(fù)擔(dān)。其次是避雷線的合理布置，表1列出了主要電壓等級(jí)輸電線路在雷擊過(guò)電壓時(shí)的最小對(duì)地空氣間隙距離。在考慮對(duì)帶電輸電線路的安全保護(hù)措施時(shí)，應(yīng)考慮到帶電線路的等效絕緣面積（由對(duì)地空氣間隙距離確定）的影響，才能使整個(gè)等效絕緣截面得到保護(hù)。避雷器的合理布置和動(dòng)作可靠性也極為重要，由于避雷器數(shù)目不足使雷擊點(diǎn)距離避雷器位置太遠(yuǎn)、避雷器保護(hù)有效率低導(dǎo)致事故發(fā)生是應(yīng)當(dāng)避免的。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，輸電線路避雷器保護(hù)有效率在70%～95%，尤其是對(duì)于防止易擊段、易擊塔、高阻區(qū)線路反擊、繞擊作用明顯。這說(shuō)明避雷器對(duì)于重點(diǎn)地區(qū)特別布防時(shí)具有較強(qiáng)作用。

表1 輸電線路的最小對(duì)地空氣間隙距離

當(dāng)前防雷措施主要以避雷線為主，線路中間采用的避雷器分為絕緣子間隙、空氣間隙和無(wú)間隙三種，實(shí)用中大部分采用了絕緣子間隙避雷器，約占70%，線路終端采用的避雷器分為無(wú)脫離裝置、帶脫離裝置和帶間隙避雷器，實(shí)用中以帶脫離裝置和無(wú)脫離裝置占絕大部分。

3 當(dāng)前防雷存在問(wèn)題與綜合防雷

雖然近年架設(shè)的輸電線路普遍安裝了避雷線且布置了大量避雷器，并且避雷器動(dòng)作成功率較高，與此形成強(qiáng)烈反差的是防雷形勢(shì)依然嚴(yán)峻，仍然有大量雷電擊中輸電線路的事故發(fā)生，其中不乏已安裝避雷線的區(qū)域。輸電線路遭受的雷擊由直擊雷和繞擊雷，遭受雷擊概率最大的線路，一般存在的問(wèn)題有桿塔地網(wǎng)接地電阻過(guò)高、避雷線保護(hù)角過(guò)大等情況。這就要求在解決雷擊問(wèn)題上多方面考慮，采取綜合防雷的方法。

當(dāng)前在避雷線對(duì)輸電線路的防雷保護(hù)角設(shè)計(jì)中，沒(méi)有考慮輸電線路帶電所帶來(lái)的影響，仍按照不帶電線路進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)成對(duì)于不帶電線路的防雷保護(hù)角≤25°，這就意味著對(duì)于帶電線路防雷保護(hù)角將達(dá)不到這一指標(biāo)，從而導(dǎo)致了繞擊雷災(zāi)的發(fā)生。如果能在避雷線的設(shè)計(jì)中考慮到這一問(wèn)題，將帶電線路的等效絕緣面考慮進(jìn)去，將使以安裝避雷線的線路得到更有效的保護(hù)。這需要相關(guān)的設(shè)計(jì)、建設(shè)部門(mén)在實(shí)際工作中加以重視進(jìn)而妥善解決。高壓輸電線路的耐雷擊水平隨桿塔接地電阻增加而明顯降低，同時(shí)電壓等級(jí)越高，降低桿塔接地電阻所帶來(lái)的效果也將越明顯。對(duì)土壤本身電阻率較高的地區(qū)，可選擇更換接地網(wǎng)形式、置換土壤等方法達(dá)到降阻目的。對(duì)于雷擊多發(fā)區(qū)域的線路桿塔接地電阻應(yīng)保證小于10Ω，山區(qū)也應(yīng)小于l5Ω，不使用降阻劑可以維持土壤電阻率的水平。接地裝置埋深達(dá)到大于0.6m，即可達(dá)到良好的接地水平，采用增大截面的接地引下線，引下線（熱鍍鋅）表面要進(jìn)行防腐處理。接地裝置的開(kāi)挖檢查須檢查接地裝置的掩埋深度、接地網(wǎng)形式、接頭質(zhì)量和接地截面，對(duì)不合格的必需及時(shí)處理。降低桿塔接地電阻，還需要確保架空地線、接地引下線、地網(wǎng)相互之間的良好連接。

自動(dòng)重合閘的有效投入使用有利于輸電線路的快速恢復(fù)。由于雷電帶來(lái)的巨大電流沖擊，需要繼電保護(hù)快速地切除線路以減少雷電所造成的影響。對(duì)于故障導(dǎo)致的繼電保護(hù)動(dòng)作斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，無(wú)論故障是否發(fā)生，自動(dòng)重合閘會(huì)在整定時(shí)間后將開(kāi)關(guān)重合。如果是瞬時(shí)性故障，自動(dòng)重合閘的作用將保證線路快速自動(dòng)地恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)。為了防止永久性故障導(dǎo)致的保護(hù)再次動(dòng)作，自動(dòng)重合閘一般只重合一次。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，重合閘的成功率一般超過(guò)60%，簡(jiǎn)單有效。尤其是對(duì)于雷擊故障，一般多次雷擊不會(huì)發(fā)生在同一點(diǎn)，則重合閘的成功率更高。

有選擇地采用線路防雷新技術(shù)可以進(jìn)一步提高防雷裝置的動(dòng)作成功率。歐美等國(guó)多采用并聯(lián)間隙以降低線路的雷擊事故率，結(jié)合省內(nèi)外對(duì)線路避雷器的使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)土壤電阻率高且經(jīng)常遭受重復(fù)性雷擊的桿塔，在采取其他防雷措施后效果仍不明顯的情況下可考慮使用線路避雷器。在滿足桿塔機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)線對(duì)地距離情況下，在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的線段為防繞擊和反擊，應(yīng)根據(jù)地形地貌選用耦合地線防雷。

4 結(jié)語(yǔ)

由雷電導(dǎo)致的輸電線路跳閘故障占有較大比重，防雷工作是雷雨活躍地區(qū)的重要安全工作。本文指出了雷電對(duì)于輸電線路和電網(wǎng)的危害以及防雷的必要性。說(shuō)明了當(dāng)前采取的主要防雷措施以及防雷工作的難點(diǎn)，提出綜合防雷是行之有效的方法，并指出綜合防雷應(yīng)該從避雷線的布置、避雷器的選擇和布置、接地網(wǎng)的布置與檢驗(yàn)、自動(dòng)重合閘的合理選用、制定完善的防雷規(guī)章等多方面進(jìn)行努力。此外，輸電線路的防雷不能僅限于輸電線路本身，輸電線路的端點(diǎn)一旦發(fā)生雷擊事故，所造成的影響將波及輸電線路，從而造成更為嚴(yán)重的影響，因此對(duì)于變電站、發(fā)電廠等站點(diǎn)的防雷工作更加重要。由于雷擊所帶來(lái)的事故極為嚴(yán)重，影響極大且恢復(fù)困難，對(duì)雷擊事故必須高度重視，必須在非雷雨季節(jié)將防雷工作布置好，在雷雨季節(jié)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，方可有效地完成輸電線路防雷任務(wù)。

[1]馬春華.線路避雷器和絕緣子串的伏秒特性配合問(wèn)題研究[J].高壓電器,2007,1(13):68-69.

[2]GB／T 3l1.1～3l1.6-1983. 高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合高電壓試驗(yàn)技術(shù) [S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1985.