試議高壓輸電線路防雷技術(shù)

郭佳　趙紅艷

【摘 要】隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)事業(yè)也不斷的發(fā)展，電網(wǎng)事業(yè)對(duì)國(guó)家發(fā)展的重要性也越來(lái)越突出，在電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大中，架空輸電線路的雷擊跳閘一直是困擾輸電線路安全的一個(gè)難題，雷害事故幾乎占線路全部跳閘事故的1/3甚至更高，給人們生產(chǎn)、生活安全帶來(lái)了一定的影響。因此，尋求更有效的線路防雷保護(hù)措施，一直是世界各國(guó)電力工作者關(guān)注的課題。本文就高壓輸電線路防雷技術(shù)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】高壓；輸電線路；防雷技術(shù)

0.前言

按結(jié)構(gòu)形式，輸電線路分為架空輸電線路和電纜線路。從發(fā)展過(guò)程看，輸電電壓等級(jí)大約以?xún)杀兜年P(guān)系增長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)電量增至4倍左右時(shí)，即出現(xiàn)一個(gè)新的更高的電壓等級(jí)。通常將35～220KV的輸電線路稱(chēng)為高壓線路（HV），330～750KV的輸電線路稱(chēng)為超高壓線路（EHV），750KV以上的輸電線路稱(chēng)為特高壓線路（UHV）。目前為止，國(guó)內(nèi)大部分輸電線路還是為高壓輸電，下面就淺談高壓輸電線路的防雷研究。

1.高壓輸電線路雷擊情況

（1）高壓輸電線路雷擊原因 雷電是一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛的放電。當(dāng)雷擊在高壓輸電線路的桿塔上時(shí)，雷電經(jīng)過(guò)桿塔建立可以供電傳輸?shù)姆烹娡ǖ溃瑩舸┚€路絕緣，使整條高壓輸電線路跳閘，這是高壓輸電線路受雷擊的原因。雷擊主要是通過(guò)大地的感應(yīng)電荷通道建立起放電荷通道并和雷云中的一種電荷相互中和形成的。從中可以看出，雷擊與接地裝置有著緊密的關(guān)系。

（2）高壓輸電線路雷擊現(xiàn)狀 目前，世界范圍內(nèi)的雷擊事故頻繁，危害很大，遭雷擊而跳閘的事故高，占輸電線路雷擊跳閘事故的60%以上。就輸電線路的電壓等級(jí)而言，電壓等級(jí)越高，遭雷擊的可能性就越高，危害也就越大。過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)期，架空輸電線路進(jìn)入變電站建筑物的地網(wǎng)處理一般是與主接地網(wǎng)相連，未考慮直擊雷泄流通道，在遭雷擊的時(shí)候危害很大，絕緣設(shè)備恢復(fù)慢，可能造成整條輸電線路跳閘。

2.高壓輸電線路雷擊隱患

（1）絕緣子的使用問(wèn)題 當(dāng)前，輸電線路上使用的絕緣子主要有陶瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子和棒式合成絕緣子。它們?cè)诩芸蛰旊娋€路中起著兩個(gè)基本作用，即支撐導(dǎo)線和防止電流回地，這兩個(gè)作用必須得到保證，絕緣子不應(yīng)該由于環(huán)境和電負(fù)荷條件發(fā)生變化導(dǎo)致的各種機(jī)電應(yīng)力而失效，否則絕緣子就不會(huì)產(chǎn)生重大的作用，就會(huì)損害整條線路的使用和運(yùn)行壽命。由于懸式瓷絕緣子在線路運(yùn)行中將出現(xiàn)零值絕緣子，該串絕緣子將成為過(guò)電壓的薄弱點(diǎn)，易發(fā)生閃絡(luò)擊穿；鋼化玻璃絕緣子受雷電過(guò)電壓后爆裂出現(xiàn)“裸串”或掉串的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；合成絕緣子則在運(yùn)行過(guò)程中因機(jī)械作用也出現(xiàn)過(guò)掉串現(xiàn)象，且也存在絕緣老化隱患。因此，絕緣子的合理使用也成為電力工作者的重要研究課題之一。

（2）桿塔存在的隱患問(wèn)題 桿塔是架空輸電線路中用來(lái)支撐輸電線的支撐物，其多由鋼材或鋼筋混凝土制成，輸電線路中鋼筋砼桿主要通過(guò)內(nèi)部鋼筋與橫擔(dān)、接地裝置接地。由于鋼筋砼桿經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，水泥桿將出現(xiàn)裂紋、風(fēng)化現(xiàn)象，當(dāng)遭受雷電直擊時(shí)，閃電瞬間通過(guò)桿內(nèi)鋼筋產(chǎn)生過(guò)熱會(huì)引發(fā)水泥桿爆裂，或者雷電通過(guò)拉線，就會(huì)引起拉線發(fā)熱、機(jī)械強(qiáng)度下降的現(xiàn)象發(fā)生，將會(huì)引發(fā)倒桿事故。

（3）避雷線防雷的局限性 避雷線又稱(chēng)架空地線，主要用于線路的防雷，110-220KV線路一般沿全線架設(shè)雙避雷線。當(dāng)雷擊輸電線時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生強(qiáng)大的過(guò)電壓，避雷線可以遮住導(dǎo)線，使雷盡量擊在避雷線本身上，并通過(guò)桿塔金屬部分使雷電流入大地。避雷線防雷效果與保護(hù)角有關(guān)，避雷線保護(hù)角是指避雷線懸掛點(diǎn)與被保護(hù)導(dǎo)線之間的連線，與避雷線懸掛點(diǎn)鉛垂方向的夾角。為防止雷電直擊于線路，高壓輸電線路一般都架設(shè)避雷線，但避雷線對(duì)導(dǎo)線的防護(hù)并非絕對(duì)有效，存在著雷電繞擊導(dǎo)線的可能性。

（4）接地裝置存在的問(wèn)題 接地裝置是指接地電極與埋設(shè)在地下的接地網(wǎng)連接起來(lái)的設(shè)備。線路的接地裝置存在的問(wèn)題主要有兩種，一種是通過(guò)地網(wǎng)的腐蝕而存在的，其原因主要是電化學(xué)腐蝕的作用，它與桿塔地網(wǎng)的土壤結(jié)構(gòu)和有關(guān)；另一種與接地體的施工質(zhì)量有關(guān)，接地線的埋深、接地線敷設(shè)長(zhǎng)度、繞彎等都會(huì)直接影響接地裝置電阻。

3.高壓輸電線路防雷技術(shù)的措施

（1）降低桿塔接地電阻 輸電線路防雷技術(shù)有效的實(shí)施之一就是降低接地電阻，高壓輸電線路耐雷水平隨桿塔接地電阻的增加而降低。電壓等級(jí)越高，降低桿塔接地電阻的作用將變得更加重要。牢固連接桿塔與地線的良好接觸就可以保證雷擊電流順利通過(guò)接地裝置流入大地。一方面，要確保架空地線、接地引下線、地網(wǎng)相互之間的良好接觸和連接牢固；另一方面，嚴(yán)格把關(guān)接地裝置施工質(zhì)量，使接地電阻符合設(shè)計(jì)要求；再者，對(duì)高電阻率土壤考慮使用降阻劑，改善接地電阻，降阻劑是一種良好的導(dǎo)電體，將它使用于接地體和土壤之間，它能夠與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的電流流通面，迅速把雷電流引入大地。

（2）線路裝設(shè)避雷器 架設(shè)地線是高壓輸電線路防雷措施中最基本的措施之一，其主要的目的就是防止雷直接擊中導(dǎo)線。實(shí)踐證明，雷電繞擊導(dǎo)線的概率與避雷線的保護(hù)角有關(guān)，所以架空送電線路設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：500kV為10°～15°，220kV為20°，110kV為25°～30°，多雷地區(qū)采用零保護(hù)角桿塔所取得效果出正在評(píng)估之中。

避雷線的架設(shè)在一定程度上降低了導(dǎo)線直擊雷的發(fā)生，但線路上的雷電繞擊和感應(yīng)過(guò)電壓無(wú)法完全消除，這就要考慮在多雷區(qū)或易受雷擊的線路桿塔上安裝避雷器，通過(guò)線路桿塔上的避雷器與接地線的連接來(lái)將雷電流泄放到大地，從而限制過(guò)電壓，保障輸電線路及設(shè)備的安全；在輸電線路進(jìn)入變電站掛點(diǎn)的線路側(cè)加裝1 組相應(yīng)電壓等級(jí)的避雷器，可以直接將線路上的過(guò)電壓或殘余過(guò)電壓的電流泄放到大地，有效地防止雷電流侵入電站設(shè)備，確保設(shè)備安全。

（3）架設(shè)耦合地線 當(dāng)降低桿塔的接地電阻有困難的時(shí)候，即采用在導(dǎo)線下面架設(shè)地線的方法，用以增加避雷線與導(dǎo)線之間的耦合作用，降低絕緣子串上的過(guò)電壓，從而達(dá)到降低線路斷路器雷擊跳閘率的目的。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，這的這一效果非常顯著。耦合地線可以有效的降低桿塔絕緣所承受的電壓，是線路的防雷水平得到提高。特別是在土壤電阻率較低的地區(qū)運(yùn)用耦合線，可以保證耦合線和導(dǎo)線之間的距離，有效的防治大風(fēng)，減少覆冰或是化冰對(duì)其的影響，減少其與耦合線接觸產(chǎn)生的短路現(xiàn)象及引起雷擊桿塔破壞導(dǎo)線事故的發(fā)生。

（4）選取合理的絕緣方式 要減少多雷區(qū)或高桿塔地段線路被雷擊中的次數(shù)，減少繞擊的電流值，就要加強(qiáng)絕緣配合。當(dāng)普通的防雷措施不能滿足要求時(shí)，可考慮采用不平衡絕緣方式可避免雙回線路在遭受雷擊時(shí)同時(shí)跳閘。其原理是兩回路的絕緣子片數(shù)（或絕緣爬距）不同，遇到雷擊情況時(shí)，絕緣子片數(shù)少（或絕緣爬距低）的一回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于避雷線，增加了對(duì)另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，保持供電可靠性。所以，高壓架空輸電線路選取合適的絕緣配合，值得我們認(rèn)真研究和探討。

雷電活動(dòng)是一種復(fù)雜的大自然現(xiàn)象，目前沒(méi)有哪種防雷措施能夠起到絕對(duì)防雷作用，高壓電路防雷技術(shù)的合理設(shè)計(jì)，將會(huì)減少或是降低雷擊的跳閘率。為大幅度降低或消除雷害事故，必須在實(shí)踐中探索，不斷積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，完善高壓輸電線路的防雷措施，采取更有效的防雷措施。我國(guó)當(dāng)前的防雷技術(shù)還不夠成熟，如何有效的降低或是消除雷電事故，仍需要繼續(xù)研究探索，并不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使高壓輸電線路防雷技術(shù)更加完善。 [科]