220kV輸電線路防雷設(shè)計探析

劉毅

(安徽宏源電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，安徽 合肥 231202)

220kV輸電線路防雷設(shè)計探析

劉毅

(安徽宏源電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，安徽 合肥 231202)

介紹了雷電的形成原因，輸電線路常見雷擊的種類及特征，并在此基礎(chǔ)上提出了科學(xué)有效的220kV輸電線路防雷措施。

輸電線路；防雷；措施

1 引言

電網(wǎng)事故絕大多數(shù)為輸電線路故障，而輸電線路故障主要是由雷擊跳閘造成的。近年來，由于環(huán)境條件的不斷變化，雷擊引起的輸電線路跳閘故障也日益增多，不僅影響設(shè)備的正常運行，造成設(shè)備損壞、大面積停電、電網(wǎng)瓦解等惡性后果，也極大的影響了人們的日常生產(chǎn)和生活，引起社會恐慌，并造成惡劣的社會影響。因此，防止雷擊跳閘能大幅降低輸電線路出現(xiàn)故障的幾率，從而有效降低電網(wǎng)事故發(fā)生率。經(jīng)過多年摸索與實踐，如今我國的輸電線路防雷、耐雷水平有了明顯提高，各種防雷技術(shù)應(yīng)運而生，而找到其中最科學(xué)有效的措施就是當(dāng)前輸電線路設(shè)計、施工、運行和維護的一項關(guān)鍵工作。

2 雷電的成因

雷電是大氣中的放電現(xiàn)象，多形成在積雨云中。積雨云隨著溫度和氣流的變化會不停的運動，運動中摩擦生電，就形成了帶電荷的云層，某些云層帶有正電荷，另一些云層帶有負電荷。另外，由于靜電感應(yīng)常使云層下面的建筑物、樹木等帶有異性電荷。隨著電荷的積累，雷云的電壓逐漸升高，當(dāng)帶有不同電荷的雷云與大地等凸出物相互接近到一定程度時，其間的電場超過25～30kV/cm，將發(fā)生激烈的放電現(xiàn)象，同時出現(xiàn)強烈的閃光。由于放電時溫度高達2000℃，空氣受熱急劇膨脹，隨之發(fā)生爆炸的轟鳴聲，這就是閃電與雷鳴。

雷電的大小和多少以及活動情況，與各個地區(qū)的地形、氣象條件和所處的緯度有關(guān)。一般山地雷電比平原多，建筑物越高，遭受雷擊的機會越多。220kV輸電線路為金屬構(gòu)筑物，且通過地區(qū)大多為人類活動較少的山區(qū)，平原空曠地帶，遭受雷擊的幾率很大。

3 輸電線路雷擊的種類

3.1 雷擊的種類

雷擊是一種自然現(xiàn)象，輸電線路遭受雷擊的種類可以分為感應(yīng)雷和直擊雷兩種。感應(yīng)雷也稱為雷電感應(yīng)或感應(yīng)過電壓。它分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。直擊雷可分為反擊和繞擊兩種。

3.2 感應(yīng)雷

靜電感應(yīng)雷是由于雷云接近地面，在架空線路導(dǎo)線或其他導(dǎo)電凸出物頂部感應(yīng)出大量雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓，其過電壓幅值可達到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線、接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成危害。

電磁感應(yīng)雷是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場引起的。這種迅速變化的磁場能在臨近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動勢。雷電感應(yīng)引起的電磁能量若不及時瀉入地下，可能產(chǎn)生放電火花，引起火災(zāi)、爆炸或造成觸電事故。另一方面，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的高電位會沿著導(dǎo)線以及信號侵入變電站或建筑物內(nèi)，這種雷電波侵入也會對電氣設(shè)備造成危害。

3.3 直擊雷

直擊雷是帶電云層與建筑物、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，放電時伴隨電效應(yīng)、熱效應(yīng)，電壓峰值通?？蛇_幾萬伏甚至幾百萬伏，具有很強的破壞作用。有效的直擊雷防護措施為采用避雷針、避雷帶、避雷線或金屬物件作為接閃器將雷電流接收引下至大地。

3.4 繞擊雷

繞擊雷的雷擊形式主要為雷電繞過避雷線擊于輸電線路，這種形式的雷擊事故主要與避雷線對邊導(dǎo)線的保護角[1]、桿塔高度以及高壓送電線路經(jīng)過地區(qū)的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。針對繞擊雷的防雷設(shè)計應(yīng)考慮兩方面：①對設(shè)計耐雷水平遠高于本地區(qū)雷電活動強度的接地體，可在高空攔截雷電先導(dǎo)，不使其進入接地體繞擊區(qū)；②降低雷電先導(dǎo)對接地體閃擊的定位高度，同時在接地體側(cè)面安裝接閃裝置。

3.5 反擊雷

反擊雷的雷擊形式為輸電線路的桿、塔頂部或避雷線遭受雷擊時，電流流過塔體和接地體引起桿塔電位升高，同時在相導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓[2]。當(dāng)桿塔電位與感應(yīng)過電壓的電位差超過輸電線路絕緣閃絡(luò)電壓極限值時,導(dǎo)線與桿塔之間就會發(fā)生閃絡(luò)。這種雷擊的防護措施主要有降低桿塔接地電阻、提高耦合系數(shù)以及加強高壓送電線路絕緣等。

4 220kV輸電線路防雷措施

4.1 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是送電線路最基本的防雷措施之一。避雷線在防雷方面有以下功能：一是可以防止雷直擊導(dǎo)線；二是雷擊塔頂時對雷電流有分流作用減少流入桿塔的雷電流，降低塔頂電位；三是對導(dǎo)線有耦合作用，降低雷擊桿塔時塔頭絕緣上的電壓；四是對導(dǎo)線有屏蔽作用，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓[3]。

頭孢呋辛酯的敏感性隨地域和時間而變化，如果有，應(yīng)查閱當(dāng)?shù)氐拿舾行詳?shù)據(jù)。β‐內(nèi)酰胺酶陰性、耐氨芐西林（BLNAR）的流感嗜血桿菌分離株應(yīng)被認為對頭孢呋辛酯具有耐藥性。

對于220kV輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，在年平均雷暴日數(shù)不超過15天的地區(qū)或運行經(jīng)驗證明雷電活動輕微的地區(qū)，可架設(shè)單地線，山區(qū)宜架設(shè)雙地線。220kV輸電線路地線對邊導(dǎo)線的保護角不宜大于15°[4]。

4.2 降低桿塔接地電阻

眾所周知，輸電線路的耐雷水平和接地電阻是成反比的，通過架設(shè)避雷線與降低桿塔接地電阻兩種形式的防雷措施相配合，可以使得輸電線路的防雷性能得到有效增強(降低雷擊時輸電線路的過電壓作用)。

降低桿塔接地電阻，一般采用增設(shè)接地裝置，采用引外接地裝置或連續(xù)伸長接地線(在過峽谷時可跨谷而過，起耦合作用等)。連續(xù)伸長接地線是沿線路埋設(shè)1～2根接地線，并可與下一基塔的接地裝置相連。此時對工頻接地電阻值不做要求。國內(nèi)外的運行經(jīng)驗證明，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。

山區(qū)線路多數(shù)處于高土壤電阻率地區(qū)，對接地電阻超規(guī)的桿塔，可采取加降阻劑、挖深接地槽改善接地土壤電阻率的辦法將接地電阻降低到規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，并按規(guī)程要求每五年對全線桿塔接地電阻搖測一次，每兩年對變電站進出口1～2km的接地電阻搖測一次，發(fā)現(xiàn)不合格的及時進行更換處理。

4.3 增設(shè)耦合地線

為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)線下方(或其附近)加掛耦合線(及架空地線)的辦法。其增強輸電線路防雷性能的機理為增大避雷線和輸電線之間的耦合系數(shù)。加掛耦合線雖不能減少繞擊率，但能在雷擊桿塔時起分流作用和耦合作用，降低桿塔絕緣上所承受的電壓，提高線路的耐雷水平。

4.4 加強線路絕緣

絕緣子性能的好壞對絕緣能力有直接影響。針對一些特別區(qū)段及雷擊較頻繁地區(qū)，應(yīng)采取相應(yīng)措施強化輸電線路的絕緣配合，以提升其耐雷水平。比如絕緣子串所承受的沖擊放電電壓值增大一半，則可酌情增加一片絕緣子。事實證明，增加一片絕緣子的新線路投運后耐雷水平得到了明顯的提高，出現(xiàn)雷擊跳閘故障的幾率大大降低。合成絕緣子由于重量較輕、強度很高、免維護、防污性能極強等優(yōu)勢獲得了不少輸電線路運行單位的垂青。但實踐經(jīng)驗證明，在多雷區(qū)選用合成絕緣子極易發(fā)生雷擊跳閘故障，這主要是由于合成絕緣子雷電全波沖擊所能承受的電壓比同電壓等級輸電線路上的瓷絕緣子要低。

4.5 安裝線路避雷器

在雷電活動非常頻繁的地段，對于接地電阻經(jīng)過改造后仍然無法滿足要求的桿線應(yīng)安裝線路避雷器。它和絕緣子并聯(lián)于桿塔上，當(dāng)雷擊桿塔或避雷線時，其串聯(lián)間隙放電，由于線路避雷器雷電動作特性與絕緣子相比更低，因而可以確保絕緣子不再發(fā)生閃絡(luò)，從而有效預(yù)防輸電線路因跳閘而停電。線路避雷器在預(yù)防雷電直擊桿(塔)頂、避雷線及繞擊導(dǎo)線后對絕緣子造成的沖擊閃絡(luò)等方面效果非常明顯。

3.6 安裝自動重合閘裝置

裝設(shè)自動重合閘裝置也是一種重要的輸電線路防雷措施，在我國66kV及以上高壓輸電線路中應(yīng)用常見。安裝自動重合閘裝置的輸電線路遭受雷擊自動重合閘成功率可達75%～95%左右。線路自動重合閘裝置通過完成自動重合閘可有效提高輸電線路的穩(wěn)定工作性能，但輸電線路在受到雷擊完成線路重合閘時，為了保證輸電線路的安全可靠性，還需對輸電線路瞬時故障進行必要的檢查，分析和判斷雷擊原因，清查出輸電線路中可能存在的雷擊隱患。

3.7 校驗輸電線路保護角

應(yīng)按實際狀況對雷電活動較為頻繁的空曠線路保護角進行校驗，對于輸電線路保護角較大的桿塔，必須通過安裝避雷器或避雷針的手段來降低輸電線路發(fā)生雷擊故障的幾率。

5 結(jié)語

輸電線路是電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，應(yīng)切實做好輸電線路的防雷措施。輸電線路防雷技術(shù)的合理設(shè)計，將會減少或降低雷擊的跳閘率。由于雷電是自然現(xiàn)象，很難掌握其規(guī)律性，只能按原有的經(jīng)驗，在原來的經(jīng)濟技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用新的技術(shù)對其進行預(yù)測，做好防控工作，盡量降低雷擊概率，使雷擊的跳閘次數(shù)減少。我國當(dāng)前的防雷技術(shù)還不夠成熟，如何有效地降低或消除雷電事故，仍需繼續(xù)探索，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，使輸電線路防雷技術(shù)更加完善，促進我國電力事業(yè)的發(fā)展。

[1] 趙華.輸電線路綜合防雷措施分析[J].廣東科技,2013(7):61-62.

[2] 王劍，劉亞新，陳家宏，等.基于電網(wǎng)雷害分布的輸電線路防雷配置方法[J].高電壓技術(shù)，2009(15)：128-136.

[3] 張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊[M].2版.北京:中國電力出版社,2003:134-135.

[4] GB 50545-2010 110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2010.

Analysis of Lightning Protection Design of 220kV Transmission Line

LIUYi

(Anhui Hongyuan Electric Power Design and Consultation Co.,Ltd,Hefei 231202,China)

The article describes the causes of lightning,the types and their characteristics of lightning of transmission lines,and on this basis put forward scientific and effective lightning protection measures of 220kV transmission line.

transmission line；lightning protection；measure

1004-289X(2014)02-0005-03

TM726

A

2013-11-26

劉毅(1980-),男,安徽岳西人,助理工程師,三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院工程碩士研究生,研究方向為輸電線路工程技術(shù)。