架空輸電線路防雷淺析

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電力需求的不斷增長(zhǎng)，電力生產(chǎn)的安全問(wèn)題也越來(lái)越突出。本文就架空輸電線路如何切實(shí)做好防雷措施進(jìn)行了分析及探討。

【關(guān)鍵詞】電力；架空線路；防雷

引言

雷電是一種大氣放電現(xiàn)象，產(chǎn)生于積雨云中，積雨云在形成過(guò)程中，某些云團(tuán)帶正電荷，某些云團(tuán)帶負(fù)電荷。它們對(duì)大地的靜電感應(yīng)，使地面或建（構(gòu)）筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度時(shí)，不同電荷云團(tuán)之間，或云團(tuán)與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度可以擊穿空氣（一般為25～30kV/cm），開始游離放電，我們稱之為“先導(dǎo)放電”。云對(duì)地的先導(dǎo)放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當(dāng)?shù)竭_(dá)地面吋（地面上的建筑物，架空輸電線等） ，便會(huì)產(chǎn)生由地面向云團(tuán)的逆導(dǎo)主放電。在主放電階段里，會(huì)出現(xiàn)很大的雷電流（一般為幾十kA至幾百kA），并隨之發(fā)生強(qiáng)烈的閃電和巨響，這就形成了雷電。雷電一般伴有陣雨，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)局部的大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。強(qiáng)雷暴天氣出現(xiàn)有時(shí)還帶來(lái)災(zāi)害，如雷擊危及人身和電力設(shè)備安全，當(dāng)家用電器、計(jì)算機(jī)機(jī)房直接遭雷擊或感應(yīng)雷時(shí)將會(huì)被損壞，有時(shí)還會(huì)引起火災(zāi)等。

架空輸電線路是電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)的重要組成部分。由于它暴露在自然之中，故極易受到外界的影響和損害，其中最主要的一個(gè)方面是雷擊。架空輸電線路所經(jīng)之處大都為曠野或丘陵、高山，輸電線路長(zhǎng)，遭遇雷擊的機(jī)率較大。

1、雷擊線路跳閘原因

高壓架空輸電線路遭受雷擊的事故主要與四個(gè)因素有關(guān)：線路絕緣子的50%放電電壓；有無(wú)架空地線；雷電流強(qiáng)度；桿塔的接地電阻。高壓架空輸電線路各種防雷措施都有其針對(duì)性，因此，在進(jìn)行高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，我們選擇防雷方式首先要明確線路遭雷擊跳閘原因。

1.1架空輸電線路繞擊成因分析

根據(jù)高壓送電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模擬試驗(yàn)均證明，雷電繞擊率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及高壓送電線路經(jīng)過(guò)的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。山區(qū)高壓架空輸電線路的繞擊率約為平地線路的3倍。山區(qū)設(shè)計(jì)送電線路時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)大跨越、大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)；一些地區(qū)雷電活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈，使某一區(qū)段的線路較其它線路更容易遭受雷擊。

1.2架空輸電線路反擊成因分析

雷擊桿、塔頂部或避雷線時(shí)，雷電電流流過(guò)塔體和接地體，使桿塔電位升高，同時(shí)在相導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。如果升高塔體電位和相導(dǎo)線感應(yīng)過(guò)電壓合成的電位差超過(guò)高壓送電線路絕緣閃絡(luò)電壓值，即Uj> U50%時(shí)，導(dǎo)線與桿塔之間就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，這種閃絡(luò)就是反擊閃絡(luò)。

2、架空線路防雷基本情況

架空輸電線路雷害事故的形成通常要經(jīng)歷這樣四個(gè)階段：輸電線路受到雷電過(guò)電壓的作用；輸電線路發(fā)生閃絡(luò)；輸電線路從沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓；線路跳閘，供電中斷。針對(duì)雷害事故形成的四個(gè)階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護(hù)措施時(shí)，要做到“四道防線”，即：

（1）防直擊，就是使輸電線路不受直擊雷。

（2）防閃絡(luò)，就是使輸電線路受雷后絕緣不發(fā)生閃絡(luò)。

（3）防建弧，就是使輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧。

（4）防停電，就是使輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng)。

3、架空線路防雷措施

清楚了架空輸電線路雷擊跳閘的發(fā)生原因，我們就可以有針對(duì)性的對(duì)線路所經(jīng)過(guò)的不同地段，不同地理位置的桿塔采取相應(yīng)的防雷措施。目前線路防雷主要有以下幾種措施：

（1）加強(qiáng)線路絕緣由于輸電線路個(gè)別地段需采用大跨越高桿塔（如：跨河桿塔），這就增加了桿塔落雷的機(jī)會(huì)。高塔落雷時(shí)塔頂電位高，感應(yīng)過(guò)電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為降低線路跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串片數(shù)，加大大跨越檔導(dǎo)線與地線之間的距離，以加強(qiáng)線路絕緣。在35kV及以下的線路可采用瓷橫擔(dān)等沖擊閃絡(luò)電壓較高的絕緣子來(lái)降低雷擊跳閘率。

（2）降低桿塔的接地電阻輸電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據(jù)各基桿塔的土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓送電線路耐雷水平的基礎(chǔ)，是最經(jīng)濟(jì)、有效的手段。

（3）增設(shè)耦合地線藕合地埋線可起兩個(gè)作用，一是降低接地電阻，《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》指出：連續(xù)伸長(zhǎng)接地線是沿線路在地中埋設(shè)1—2根接地線，并可與下一基塔的桿塔接地裝置相連，此時(shí)對(duì)工頻接地電阻值不作要求。國(guó)內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，它是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施之一。二是起一部分架空地線的作用，既有避雷線的分流作用，又有避雷線的藕合作用。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在一個(gè)20基桿塔的易擊段埋設(shè)藕合地埋線后，10年中只發(fā)生一次雷擊故障，有文獻(xiàn)介紹可降低跳閘率40%，顯著提高線路耐雷水平。

在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)和經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和地段，可增設(shè)耦合地線，由于耦合地線可以使避雷線和導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)增大，并使流經(jīng)桿塔的雷電流向兩側(cè)分流，從而提高高壓送電線路的耐雷水平。

（4）安裝線路避雷器或避雷線。由于安裝避雷器使得桿塔和導(dǎo)線電位差超過(guò)避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器就加入分流，保證絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。我們?cè)诶讚籼l較頻繁的架空輸電線路上選擇性安裝避雷器。加裝線路避雷器以后，當(dāng)輸電線路遭受雷擊時(shí)，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷器傳入相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當(dāng)雷電流超過(guò)一定值后，避雷器動(dòng)作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因?yàn)楸芾灼鞯姆至鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導(dǎo)線電位提高，導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進(jìn)行防雷的明顯特點(diǎn)。避雷線又稱架空地線，架設(shè)在桿塔頂部，一根或二根，用于防雷。通常當(dāng)雷電擊中輸電線路時(shí)，在輸電線路上將產(chǎn)生遠(yuǎn)高于線路額定電壓的“過(guò)電壓”，有時(shí)甚至達(dá)到幾百萬(wàn)伏。它超過(guò)線路絕緣子串的抗電強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)引起線路跳閘，甚至造成停電事故。然而，使用避雷線可以遮住輸電線路，使雷只落在避雷線上，并通過(guò)桿塔上的金屬部分和埋設(shè)在地下的接地裝置，使雷電流導(dǎo)入大地。一般來(lái)說(shuō)，輸電線路的電壓愈高，采用避雷線的效果就愈好，因此在110至220千伏及以上電壓等級(jí)的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線。

（5）預(yù)放電棒與負(fù)角保護(hù)針預(yù)放電棒的作用機(jī)理是減小導(dǎo)、地線間距，增大藕合系數(shù)，降低桿塔分流系數(shù)，加大導(dǎo)線、絕緣子串對(duì)地電容，改善電壓分布；負(fù)角保護(hù)針可看成裝在線路邊導(dǎo)線外側(cè)的避雷針，其目的是改善屏蔽，減小臨界擊距。預(yù)放電棒與負(fù)角保護(hù)針常一起裝設(shè)，制作、安裝和運(yùn)行維護(hù)方便，以及經(jīng)濟(jì)花費(fèi)不多是其特點(diǎn)。

4、結(jié)束語(yǔ)

高壓架空輸電線路的防雷從工程設(shè)計(jì)階段就要認(rèn)真加以考慮，應(yīng)根據(jù)本地的實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時(shí)，真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣，輸電線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊。