架空輸電線路防雷與接地技術(shù)研究

楊明舉 冉啟偉 張輝宇

摘 要：架空輸電線路作為電力系統(tǒng)的大動脈，承擔傳輸電能的重要作用，因此保證其安全運行是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重點。文章在結(jié)合國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，對輸電線路防雷措施進行了概括，并對輸電線路防雷中的接地技術(shù)進行了分析。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；架空輸電線路；防雷措施；接地技術(shù)

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0001-02

架空輸電線路是我國電網(wǎng)的大動脈，連接著全國各地。由于所經(jīng)地區(qū)地理條件惡劣，因此輸電線路受到雷擊的可能性及危害很大。并且輸電線路受到雷擊跳閘的后果嚴重，輕則毀壞電力設(shè)備和輸電線路，重則造成地區(qū)的大面積停電，給人民財產(chǎn)安全造成不可估量的損失。因此，必須采取切實有效的措施來防止架空輸電線路遭受雷擊，降低架空輸電線路的雷擊跳閘率。接地技術(shù)作為輸電線路防雷的核心技術(shù)，是減少雷擊跳閘率的關(guān)鍵，利用接地技術(shù)可以保證在雷電流流過桿塔時，絕緣不至于閃絡(luò)。

1 輸電線路雷電的原因及危害種類

1.1 輸電線路雷電產(chǎn)生的原因

雷電放電自古以來就受到了人們極大的關(guān)注，但是直到近代，才開始了對其進行科學的研究和認識。閃電是由云帶電引起的，是一個大的雷暴電荷云的積累。一般來說，閃電在地球大氣層的有利條件下，濕熱流上升，導(dǎo)致稀薄的空氣向下冷凝。強烈的上升氣流穿過云層，水滴被打裂從而充電。水磨稍微帶負電荷，在風高高吹起時，一些帶正電的局部區(qū)域就形成了。數(shù)據(jù)顯示，一般的正電荷產(chǎn)生于云上部，而下部帶有負電荷，混合區(qū)域在中間既有正電荷又有負電荷。雷云平均電場強度約為1.5 kV/cm，閃電雷雨云的實際最大電場強度是3.4 kV/cm，而穩(wěn)定的下雨，則只有約40 kV/cm。雷云在放電階段就包括先導(dǎo)放電階段和主放電過程。

1.2 輸電線路雷電危害的種類

根據(jù)雷電過電壓原理和形成物理過程，分直擊雷和感應(yīng)雷，兩者性質(zhì)不同，來源不同。因雷電直接擊于線路、桿塔或避雷線引起的過電壓，是為直擊雷過電壓；因雷擊線路、大地，相互之間的電磁感應(yīng)，是為感應(yīng)雷過電壓。

1.2.1 直擊雷過電壓

多年來，據(jù)統(tǒng)計直接雷擊過電壓從而造成線路跳閘是主要因素。當雷擊桿塔或?qū)Ь€，可以產(chǎn)生較高感應(yīng)過電壓，往往比絕緣子串沖擊放電電壓高，從而引發(fā)線路事故，影響供電可靠性。

直擊雷分三類：直擊桿塔、直擊避雷線、繞擊導(dǎo)線。對雷電過電壓的正確認識：

①由于桿塔和避雷線對導(dǎo)線電阻抗的影響，在雷擊于桿塔或雷擊于避雷線時，將會使得這一雷擊點和導(dǎo)線的壓差比放電電壓絕緣水平還要高，從而造成線路閃絡(luò)，被稱為反擊。

②直接擊中避雷針或擊中周圍導(dǎo)線可能引發(fā)線路繞擊。

1.2.2 感應(yīng)雷過電壓

當附近的雷云漸漸靠近線路時，會產(chǎn)生線路上感應(yīng)出一定的束縛電荷，并且會和雷云的電荷相同，最終漏入地球，絕緣中性點的線路，該電荷會經(jīng)由泄露漏入大地。如果雷云對地放電或雷擊塔未反擊，雷云電荷瞬時放電消失，所以線路上束縛電荷變成自由電荷，向四周線路傳播，形成感應(yīng)過電壓，像這種因為電場的變化造成的雷電過電壓稱為感應(yīng)過電壓的靜電分量；同時還要變化很大的雷電流會感應(yīng)出很強的電磁場，會結(jié)合電磁感應(yīng)的原理，分析在導(dǎo)線上感應(yīng)出很大的過電壓，與前者共同組成感應(yīng)雷過電壓。

2 架空輸電線路防雷措施探討

我國地域遼闊，輸電線路遍布全國每個角落，一條輸電線路跨度長，經(jīng)過了不同海拔地區(qū)也面臨著各種各樣嚴重的雷電天氣。我國大力發(fā)展超特高壓輸電線路，通過不停的摸索試驗和總結(jié)運行經(jīng)驗，積累了許多有效的防雷措施，對保證供電可靠性和降低發(fā)電成本等有巨大的意義，這些方法都是結(jié)合各地的電壓水平和氣候條件綜合得出。例如：合理選擇路徑、架設(shè)避雷線、降低接地電阻、架設(shè)耦合地線、提高絕緣水平、自動重合閘安裝等。

2.1 合理選擇路徑

輸電線路防雷的首要任務(wù)是合理選擇經(jīng)過的路徑，通過前期對地區(qū)的氣候條件和地理特征進行分析考察，合理的規(guī)劃輸電線路布局，盡量避開那些順風河谷等惡劣環(huán)境，選擇雷擊較少的地區(qū)鋪設(shè)線路，如果實在無法避開則選擇加強線路的防雷水平。

2.2 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是減少架空輸電線路雷擊跳閘率的重要手段，采用假設(shè)避雷線的方式防止直擊雷引起的雷擊跳閘，同時通過避雷線的分流作用，可以很大程度上減少雷電流流過桿塔時的電位，同時考慮繞擊的作用，將避雷線的保護角設(shè)置在規(guī)定范圍內(nèi)，通常情況下是20 ？觷～30 ？觷。

2.3 降低桿塔接地電阻

對于所有等級線路，耐雷水平與接地電阻成反比。降低桿塔接地電阻是本文研究的重點，由于接地裝置的重要作用，如何利用好接地裝置是關(guān)鍵，可以采用的方式包括了自然接地、延長接地裝置、人工接地、引外接地、放射性接地等，但是總的原則是盡量降低桿塔接地電阻。

2.4 架設(shè)耦合地線

有些情況下，降低桿塔接地電阻等方式非常難以實現(xiàn)，此時可以利用架設(shè)耦合地線的方式進行輸電線路防雷，耦合地線與避雷線和導(dǎo)線相互耦合，從而使得過電壓大大降低，提高了線路的防雷能力。我國部分帶耦合地線雷電性能比較：

①220 kV廣東某線（Td=82），對比線段總長86.2 km，架耦合地線前運行681 km·a，跳閘率249 km·a，架耦合地線后運行345 km·a，跳閘率116 km·a，架耦合地線后跳閘率為原來的0.455。

②220 kV華東某一回線（Td=60），架耦合地線后跳閘率為原來的0.64。

③110 kV福建某線（Td=70），架耦合地線后跳閘率為原來的0.54。從實際運行情況我們了解到，耦合地線與其他防雷措施一樣能有效地降低雷擊跳閘率。

2.5 采用自動重合閘裝置

通常情況下，雷電流沖擊一起的絕緣閃絡(luò)會在一定的時間內(nèi)恢復(fù)，在此基礎(chǔ)上，可以采用自動重合閘技術(shù)進行線路合閘，從而恢復(fù)供電，這對電力系統(tǒng)供電的可靠性意義重大。據(jù)統(tǒng)計，在我國110 kV以上的線路采用自動重合閘技術(shù)合閘成功的概率在90%左右，這一比例是相當可觀的。

3 架空輸電線路桿塔接地裝置存在的問題及原因

分析

如今架空輸電線路的防雷技術(shù)不斷發(fā)展，但同時依舊存在很多問題，尤其對于接地技術(shù)尤為突出，其中之一表現(xiàn)為接地裝置的接地電阻系數(shù)與規(guī)格不符，經(jīng)常有超標現(xiàn)象。

3.1 自然原因

由于接地電阻很大程度上受到地理條件的影響，因此，不同的環(huán)境下接地電阻差別很大。若所處環(huán)境巖石較多，則土壤電阻率會超過1 000 ？贅·m，如此大的接地電阻會對該線路的防雷造成很大的難度。

3.2 架空輸電線路的設(shè)計原因

輸電線路的設(shè)計偏差也是一方面的原因，現(xiàn)階段我國電力事業(yè)快速發(fā)展，用電量與日俱增，使得電力建設(shè)必須加快節(jié)奏。但是在此基礎(chǔ)上存在很多矛盾，其中包括很多技術(shù)人員直接根據(jù)自身經(jīng)驗判斷，而沒有加以實際驗證，從而導(dǎo)致結(jié)果與實際不符的情況時有發(fā)生。

3.3 架空輸電線路施工原因

由于地處環(huán)境惡劣，監(jiān)督不便，輸電線路的施工經(jīng)常出現(xiàn)不遵守規(guī)范的現(xiàn)象。包括接地裝置安裝不合理、降阻劑用量不合理等情況，這直接造成了接地裝置的參數(shù)不符合要求。

4 線路接地設(shè)計分析

4.1 做好桿塔接地設(shè)計

在最初的設(shè)計階段，技術(shù)人員應(yīng)對輸電線路的所在地區(qū)進行實地考察分析，盡量使線路避開雷擊較多的地區(qū)，與此同時，在確定了線路方案之后，還應(yīng)對線路所在地的土壤電阻率進行測量，從而準確的確定需要設(shè)計的接地裝置參數(shù)。

4.2 降低桿塔接地電阻

對于不同的地理環(huán)境采取不同的接地方式，例如，對于土壤電阻率相對較低的地區(qū)，通常采用自然接地的方式，并減少接地電阻。而對于桿塔接地電阻較大的地區(qū)，則采用外引接線和放射性接地等方式用來降低接地電阻。

4.3 采用降阻劑

降阻劑可以利用其超高導(dǎo)電性的性能降低接地電阻，從而滿足對接地電阻的要求。尤其是在土壤電阻率較高的地區(qū)，采用降阻劑的方式將其深入土壤中減少接地電阻。

5 結(jié) 語

架空輸電線路由于高度高，并且傳輸電壓很大，非常容易遭受雷擊，因此，需要提高防雷技術(shù)，減少雷擊跳閘率，其核心是做好桿塔的接地，盡量減少接地電阻，從而在雷電流流經(jīng)桿塔時不至于發(fā)生絕緣閃絡(luò)。

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