淺析架空輸電線路雷電過電壓及其防護(hù)

摘要：架空輸電線路分布點(diǎn)多面廣、外界自然環(huán)境惡劣等因素影響線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，其中雷電過電壓造成的跳閘成為重要因素之一。研究雷擊故障特點(diǎn)，有針對性制訂雷擊事故防范措施，提高線路耐雷水平，進(jìn)而提高供電可靠性和整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：輸電線路；雷害；防護(hù)

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0115-02

一、架空輸電線路雷害分析

由于架空輸電線路全部架設(shè)于露天且線路路線長、分布面廣。近幾年來，災(zāi)害性天氣使輸電線路的雷擊跳閘事故頻發(fā)，雷擊造成的跳閘已上升為影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要因素之一。據(jù)統(tǒng)計，在架空輸電線路的事故中相當(dāng)一部分是雷電事故，其中110kV及以上輸電事故中雷害約占全部事故的40%～70%，所以雷害對架空輸電線路的破壞和危害特別大。開展電網(wǎng)的防雷電技術(shù)研究，探索積極的防雷防護(hù)措施是目前電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的緊急需要。

1.架空輸電線路雷擊過電壓分類

（1）按照雷電過電壓形成的物理過程分類：一種形式是直擊雷過電壓，也就是雷電直接作用于避雷線、導(dǎo)線或桿塔而引起的架空線路過電壓；另一種形式是感應(yīng)雷過電壓，即雷電作用于線路附近大地或物體，由電磁感應(yīng)在架空線路上產(chǎn)生的過電壓。

（2）按照雷擊線路部位的不同分類：一種通常稱為反擊，即雷擊到線路避雷線或桿塔時，雷電流通過雷擊點(diǎn)的阻抗使該點(diǎn)的對地電位大幅度升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)和導(dǎo)線之間的電位差大于線路絕緣沖擊放電電壓時，導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，出現(xiàn)過電壓；另一種通常稱為繞擊，即雷電直接擊中沒有避雷線的桿塔上的導(dǎo)線，或者繞過避雷線而擊中導(dǎo)線，最終導(dǎo)致直接在線路上引起過電壓，發(fā)生閃絡(luò)故障。

2.雷擊故障特點(diǎn)

重合成功率較高；山區(qū)輸電線路故障率高；輸電線路雷擊跳閘的主要原因是繞擊（由于110kV及以上高壓輸電線路絕緣強(qiáng)度高，感應(yīng)雷過電壓一般不會對其引起閃絡(luò)，故不進(jìn)行討論）。

二、架空輸電線路雷擊跳閘原因分析

1.極端氣象條件頻發(fā)，雷電活動加強(qiáng)

近幾年以來，山東省及煙臺市的雷電活動強(qiáng)烈而頻繁，有的地區(qū)超過40個雷暴日，部分地區(qū)雷電次數(shù)和強(qiáng)度有增加的趨勢，雷雨時經(jīng)常伴有大風(fēng)，這是雷擊跳閘增加的外因。

2.部分山區(qū)線路保護(hù)角取值偏大

在山區(qū)，由于山坡地形變化及微地形、氣象區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向等因素容易引起輸電線路避雷線保護(hù)范圍的不定式變化，往往導(dǎo)致屏蔽失效的區(qū)域增大。根據(jù)近年來輸電設(shè)備雷擊跳閘情況分析，山區(qū)線路由于雷電繞擊引起的跳閘較多，而保護(hù)角取值較大或未隨地形進(jìn)行改進(jìn)或調(diào)整避雷線的保護(hù)角是造成屏蔽失效的主要原因。

3.桿塔接地電阻沒有達(dá)到設(shè)計值或在運(yùn)行中增大

由于部分地區(qū)土壤電阻率較高，部分桿塔接地電阻在施工后并未完全達(dá)到設(shè)計值，在具體施工過程中一般通過增加降阻劑勉強(qiáng)達(dá)到設(shè)計值。降阻劑在地下會不斷流失、消耗，甚至降阻劑會對接地體造成腐蝕，結(jié)果使接地裝置地下部分截面減少，接地電阻增大，造成線路雷電反擊跳閘的幾率增大。

4.桿塔接地電阻的測試不嚴(yán)格、不規(guī)范

不少接地射線長達(dá)50米左右，而有的線路維護(hù)人員不管桿塔接地裝置的尺寸和布置方式，一律采用電流極引線40米、電壓極引線20米的測試方式（有的甚至為20米、10米方式），勢必導(dǎo)致很大的接地電阻測量誤差。

5.設(shè)備臺賬、技術(shù)資料不健全，管理措施不到位

這給輸電線路雷擊跳閘的原因分析和措施制訂帶來了一定的困難。

三、架空輸電線路防雷要求

避雷線要達(dá)到保護(hù)架空輸電線路不受或少受直接雷擊；桿塔或避雷線受雷擊時不使或少使絕緣發(fā)生閃絡(luò)；當(dāng)線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)時，盡量減少由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電弧的概率，不致線路跳閘，從而減少雷擊跳閘率；即使線路閃絡(luò)跳閘也不影響線路供電。

四、架空輸電線路常用防雷技術(shù)保障措施

輸電線路架設(shè)避雷線；輸電線路降低桿塔的接地電阻；輸電線路架設(shè)耦合地線；輸電線路加強(qiáng)絕緣；采用不平衡絕緣方式；裝設(shè)自動重合閘；加裝線路避雷器；合理選擇線路路徑，避開雷電易擊區(qū)等微地形、氣象區(qū)。

五、架空輸電線路有效防雷對策

1.加大輸電線路運(yùn)行維護(hù)工作力度

定期對線路運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)是保證線路抗雷、防雷、提高其健康水平的有效手段。首先，建立健全設(shè)備臺賬、技術(shù)資料，健全所轄高壓輸電線路詳細(xì)的線路數(shù)據(jù)庫。其次，對線路進(jìn)行定期及常規(guī)巡視，通過檢查接地體引下線部分與架空地線接觸情況，連接螺栓的緊固情況，接地裝置地下接地網(wǎng)的開挖檢查，判斷接地體的腐蝕情況。對于使用降阻劑桿塔要重點(diǎn)關(guān)注，通過開挖認(rèn)真檢查與測試。使用降阻劑桿塔經(jīng)常存在有接觸不良、在運(yùn)行期間因腐蝕、開焊、盜竊等原因使得接地電阻增大的情況。此時，要及時更換和修補(bǔ)銹蝕嚴(yán)重的接地引下線和接地體，確保地線和接地裝置的導(dǎo)通情況良好。最后，對接地網(wǎng)的走向、布置、測試及開挖檢查情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，并做好資料的歸檔整理，以備案再用。同時根據(jù)季節(jié)變化，做好線路防護(hù)區(qū)的清障工作，保證線路走廊有足夠的安全間隙。

2.降低桿塔接地電阻

對線路桿塔接地電阻進(jìn)行普測和維護(hù)改造，按《架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》要求對110kV及以上線路桿塔全部要定期測試。工作中規(guī)范接地電阻的測試方法，測量桿塔接地電阻要注意根據(jù)桿塔接地裝置的布置方式，合理地布置測量引線，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對測試阻值不合格的在雷雨季節(jié)來臨前及時進(jìn)行改造。降低路桿塔接地阻值一般分幾種情況：對山區(qū)土壤電阻率較高地區(qū)的桿塔一般采取換土、更換接地體、及時補(bǔ)充丟失的接地體、增加鋪設(shè)射線、沿等高線埋設(shè)連續(xù)伸長接地體的辦法來達(dá)到降低接地電阻目的；對新建或者改造的線路桿塔，根據(jù)不同的地質(zhì)、地形選用定型接地模塊、灌注導(dǎo)電水泥的方法，確保接地電阻達(dá)到設(shè)計要求。根據(jù)桿塔土壤電阻率的情況盡可能降低桿塔接地電阻。

3.利用桿塔斜拉線分流

雷電流的上升陡度普遍很高，而輸電線路桿塔由于自身的電感較大，當(dāng)雷電流上升陡度較大時，即使桿塔接地電阻不高，也可能直接引起絕緣閃絡(luò)，這是高桿塔在防雷電方面的不利因素。針對這一問題，降低塔身電感是一項行之有效的措施。對于220千伏及以上電壓等級的高桿塔、易擊塔，應(yīng)裝設(shè)塔頂拉線進(jìn)行分流來降低塔頂電位或充分利用已有的桿塔拉線，將其與接地裝置并在一起。為了保證分流效果作用，要確保拉線上下兩端與接地裝置連接良好，以防止雷電反擊。

4.加裝耦合地線或者改善接地射線

雷擊過程是一個暫態(tài)和包含穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)的過程。提高耐雷水平可以通過增加桿塔耦合系數(shù)、減少電感和減小接地電阻的方法和手段。一般情況下，在相鄰的兩基桿塔之間設(shè)置互連的接地線，形成一個延長接地射線，既能降低接地電阻，又能達(dá)到良好的分流作用；通過耦合地線可以改進(jìn)導(dǎo)線和地線之間的耦合系數(shù)，合理改善耦合系數(shù)和分流系數(shù)，最終降低導(dǎo)地線的電位差，實(shí)現(xiàn)提高線路的耐雷水平。

5.有效降低雷電繞擊率

發(fā)生雷電繞擊的線路多發(fā)生在線路的大跨越檔距、微地形、氣象區(qū)段。常用的解決辦法有通過裝設(shè)線路用氧化鋅避雷器、增加絕緣子串的片數(shù)、增裝旁路避雷線和裝設(shè)避雷針等。在現(xiàn)有屏蔽系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有針對性地對易擊段采取補(bǔ)漏與強(qiáng)化措施，以不高的代價來進(jìn)一步提高線路的運(yùn)行安全性。對于新架設(shè)容易發(fā)生雷電繞擊的線路，一般結(jié)合線路具體情況，考慮地區(qū)地貌結(jié)構(gòu)及特殊性，合理選擇桿塔的類型和線路保護(hù)角。

6.提升輸電架空輸電線路的絕緣水平

在多雷區(qū)，根據(jù)實(shí)際線路運(yùn)行狀況及防雷要求，對于新投運(yùn)桿塔應(yīng)適度增加絕緣子片數(shù)，復(fù)合絕緣子要適當(dāng)加長。及時檢測及更換零值絕緣子、低值絕緣子，對瓷絕緣子噴涂RTV涂料，采用電氣性能優(yōu)良的瓷復(fù)合絕緣子等，提高輸電設(shè)備的有效絕緣強(qiáng)度，確保線路耐雷水平滿足規(guī)定要求。

六、結(jié)論

通過分析，采用上面介紹的防雷電對策后，架空輸電線路的雷擊跳閘率明顯得到了降低，供電可靠性得到了進(jìn)一步的提高。然而，對輸電線路全面采取被動的防雷措施或提高絕緣來提高架空輸電線路的耐雷水平顯然是不盡合理，且效果也是有限的。其實(shí)雷電活動通常是有一定的規(guī)律，研究并掌握其活動規(guī)律，確定輸電線路上雷電活動的強(qiáng)度和易擊段，對于有針對性地加強(qiáng)多雷區(qū)和易擊點(diǎn)的防雷措施、提高線路的耐雷水平，從而提高其運(yùn)行可靠性是必要的。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，雷電現(xiàn)象觀測研究手段也在不斷提升和改善，通過對雷電活動進(jìn)行長期的觀察和研究，借助現(xiàn)代雷電觀測技術(shù)手段積累雷電流幅值分布、雷電日、年平均落雷密度等雷電活動規(guī)律，開展對現(xiàn)有輸電線路和規(guī)劃中輸電線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的觀測，總結(jié)雷電反擊和雷擊部位、繞擊跳閘率、線路參數(shù)、類型、邊導(dǎo)線保護(hù)角、接地電阻等形成基礎(chǔ)性資料。通過科學(xué)的研究方法，明確線路雷擊跳閘的調(diào)查、分析和統(tǒng)計流程，完成從線路的設(shè)計、技術(shù)改造入手，把輸電線路防雷措施關(guān)口前移，同時積極落實(shí)和完善雷害預(yù)防措施，才能把雷害降低到最低程度，切實(shí)提高輸電線路的安全運(yùn)行水平，確保整個電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫成寶，董恩晉.送電線路[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]單中圻，王清葵.送電線路施工[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]國家電網(wǎng)公司人力資源部組.輸電線路運(yùn)行（下）[M].北京：中國電力出版社，2010.

（責(zé)任編輯：王祝萍）