關(guān)于500KV電網(wǎng)輸電線路防雷技術(shù)研究及應(yīng)對

【摘要】在所有破壞高壓輸電線路的諸多因素中，雷擊是造成電網(wǎng)輸電線路跳閘的主要原因。雷電對輸電線路的破壞向來是電力行業(yè)一直要面對的一大挑戰(zhàn)，如何有效解決雷擊對電網(wǎng)的破壞一直困擾著電力行業(yè)。在關(guān)于防范雷擊對500KV電網(wǎng)輸電線路的影響方面，我們要總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，要從雷電的自然特性和輸電線路的易擊區(qū)方面展開研究。近年來，氧化鋅避雷器在防雷擊領(lǐng)域逐漸得到了廣泛的應(yīng)用，本文從氧化鋅避雷器的工作原理入手，研究分析了目前500KV電網(wǎng)防雷的應(yīng)對策略，希望在防范雷擊對電網(wǎng)的破壞以及保障我國高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行等方面提供幫助。

【關(guān)鍵詞】500KV電網(wǎng)；輸電線路；防雷技術(shù)；研究；應(yīng)對

雷電對高壓電網(wǎng)輸電線路的危害不言而喻，尤其是對架空線路設(shè)置的高壓線路，即使線路沒有過電狀態(tài)，自身也具有較強(qiáng)的引雷特征。如果在線路運(yùn)行時(shí)，高壓電流會產(chǎn)生空氣的電離反應(yīng)，致使周圍空氣的電阻率下降。在含電荷云團(tuán)通過高壓線路時(shí)便會因線塔的自身結(jié)構(gòu)和電離效應(yīng)，產(chǎn)生一電網(wǎng)輸電線路為傳播體的對地放點(diǎn)，這一現(xiàn)象在平原地區(qū)和山區(qū)的線塔尤為常見。在目前的高壓輸電線路防雷擊的研究領(lǐng)域中，氧化鋅避雷器已被電力系統(tǒng)所廣泛采用，這一技術(shù)的應(yīng)用使得架空輸電線路在防雷擊方面變得簡便而富有成效。

一、雷電對輸電線路的破壞

電網(wǎng)輸電線路被雷電擊中后，自身電壓會從正常的幾百千伏瞬間增加至幾千千伏，如此劇增的高電壓對整個(gè)變電設(shè)備會帶來極大的破壞作用。在傳統(tǒng)手段中，我們會為高壓線路在接入變電所前設(shè)置跌落式熔斷器，該設(shè)備可以在輸電線路被雷擊中后，出現(xiàn)的電壓劇增現(xiàn)象時(shí)對電流實(shí)現(xiàn)自主切斷。這是一種比較有效的輸電線路保護(hù)裝置，但在陰雨環(huán)境中會因?yàn)樵O(shè)備的熔斷而造成較大面積的停電問題。

正是由于跌落式熔斷器在保護(hù)變電設(shè)備免受雷擊時(shí)存在著會造成大面的停電這一問題，所以我們要在輸電線路的避雷設(shè)備的研究中不斷探究。在早期，主要采用的是借助線塔布置避雷針的方式，但是因?yàn)榫€塔之間相距較遠(yuǎn)，避雷針的設(shè)置角度要成約45°，在防范高度受限的前提下，這種方式不能實(shí)現(xiàn)在保護(hù)線塔不引雷的同時(shí)又對輸電線路進(jìn)行保護(hù)，所以這種手段還是不能從根本上對線路的避雷問題進(jìn)行解決。隨著防雷技術(shù)的發(fā)展，氧化鋅避雷器憑借自身優(yōu)異的伏安特性，成為了高壓輸電網(wǎng)中的主力防雷設(shè)備。

二、電網(wǎng)輸電線路中的易擊區(qū)

通過對我國500KV電網(wǎng)輸電線路的研究可以看出，在雷擊對500KV電網(wǎng)輸電線路造成破壞的關(guān)系中有以下幾點(diǎn)因素是造成電網(wǎng)易受雷擊的主因。輸電線路的自身電流強(qiáng)度；是否對輸電線路設(shè)置了架空地線；絕緣子在架空線路中的放電電壓值；線塔的接地電阻的設(shè)計(jì)是否合乎實(shí)際要求。高壓輸電線路在走勢狀態(tài)方面設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，這就使得在輸電線路的某一部分會比較容易受到雷電攻擊，這些部分在防雷過程中就被稱為“易擊區(qū)”，這一區(qū)域就是輸電線路在防雷擊設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注的部分。

三、氧化鋅避雷器的原理與使用

氧化鋅憑借自身優(yōu)異的安伏特性使得這一材料在高壓輸電線的防雷領(lǐng)域中具有著不可取代的地位。氧化鋅在安伏特性的曲線表現(xiàn)方面具有非常明顯的對數(shù)特征，在電壓值沒有達(dá)到要求量的時(shí)候，氧化鋅在電流表現(xiàn)方面極其微小，這是天然的完美絕緣體，不過，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓增加至一定數(shù)值后，氧化鋅的電流值會驟然暴增。通過這樣的一種特性便可以設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，我們可以使氧化性的伏安特性在電壓升至曲線拐點(diǎn)時(shí)，比輸電線路的承受地電壓略大，但又比配電設(shè)備的承受電壓略小，這樣的一種設(shè)計(jì)理念可以實(shí)現(xiàn)所有高壓線路在借助氧化鋅設(shè)備的幫助下進(jìn)行接地，也就是說，這一設(shè)計(jì)把高壓輸電線在受雷擊中后所劇增的電壓通過氧化鋅材料的緩沖，實(shí)現(xiàn)高電壓在進(jìn)入變電設(shè)施前就可以入地，這就極大地降低了高壓輸電線路在受雷擊后出現(xiàn)的電壓過高致使的自身破壞問題。

氧化鋅自身的伏安特性在變化形式上與其他金屬所呈現(xiàn)出的變化非常相似，都是受到自身橫截面大小與總長度的影響而變化，氧化鋅主體橫截面越小，柱體的通電長度越長，在曲線U8中的表現(xiàn)就越高。所以，要獲得高U8曲線我們可以把氧化鋅避雷器進(jìn)行足夠多的串聯(lián)組合，同時(shí)也可以通過改變氧化鋅自身形狀的方式讓U8曲線變得更高。雖然氧化鋅是目前最為合適的一種避雷材料，但電力技術(shù)人員依舊不愿止步于此，他們還在探尋伏安特性更具優(yōu)勢的金屬避雷氧化材料。

目前常見的氧化鋅避雷器在外觀設(shè)計(jì)上與絕緣子比較相似，要事先不同曲線的伏安特性，我們可以用串聯(lián)的形式帶起夠多的氧化鋅避雷器即可，這樣就可以是輸電線路更好地適應(yīng)不同等級的電壓。一些氧化鋅避雷器的生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)還會針對某一個(gè)電壓等級制造專門的氧化鋅避雷器，這樣的制作流程更加科學(xué)畫化、人性化，為電力部門的避雷器設(shè)備設(shè)計(jì)提供了很大的幫助。

四、選型標(biāo)準(zhǔn)

（一）以電壓為標(biāo)準(zhǔn)的選型

在電力的輸送過程中電壓必然會出現(xiàn)下降，這就要求在供電時(shí)供電端的輸出電壓一定要略高于標(biāo)準(zhǔn)電壓，所以，供電端的電壓值（Um）一定要達(dá)到用電端電壓（Un）的K倍。220KV或以下的K值應(yīng)該達(dá)到1.17；330KV或以上輸電線路的K值應(yīng)達(dá)到1.10，這也證明500KV的輸電線路其Um必須達(dá)到550KV才可以符合標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)避雷設(shè)備時(shí)，就要把這部分因素考慮周全，在對500KV的電網(wǎng)進(jìn)行避雷器使用時(shí)，一般的釋放電壓設(shè)置在1030KV，在多數(shù)500KV的輸電線路中，設(shè)備電器基本都可以哦承受1030KV的瞬時(shí)電壓。

（二）控制避雷器接地時(shí)間

雖然避雷器在進(jìn)行避雷工作時(shí)使電力設(shè)備免受了高壓破壞，但還是會形成線路的瞬間單相接地現(xiàn)象的發(fā)生。這就要求我們在設(shè)計(jì)避雷器時(shí)也要全面地分析到單相接地對配電設(shè)備承受能力的影響。由于受到雷電峰值電壓不可預(yù)知的因素影響，我們就沒有合適的手段來控制避雷器防雷時(shí)的電阻變化，從而也失去了對接地環(huán)節(jié)對電能質(zhì)量的控制，這就使得控制好避雷器的接地時(shí)間成為一項(xiàng)必要的工作。在避雷器接地時(shí)我們?nèi)魶]有辦法控制接地電阻的特定數(shù)值，那么就要盡力實(shí)現(xiàn)接地時(shí)避雷系統(tǒng)所承受的電阻值越小越好，接地電流在這時(shí)就會變得非常大，對地面的電壓釋放時(shí)間也會明顯變快，這樣就會切實(shí)保障整個(gè)避雷設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）合理推算避雷器電壓

避雷器在額定電壓的選擇上要依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB11032-2000執(zhí)行，一般把1.5Un/U1mA作為避雷器的選型依據(jù)。避雷器在運(yùn)行時(shí)的電壓要比線路額定電壓略低，這樣可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，U1mA則要稍高于系統(tǒng)電壓，這樣可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。可以實(shí)現(xiàn)避雷器對地面漏電額低于1mA。當(dāng)我們要實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)的不接地設(shè)計(jì)時(shí)，在避雷器系統(tǒng)中就要推算出不接地的中性點(diǎn)在電壓上的具體變化，以此來確定避雷器的型號，增加推算過程是因?yàn)橹行渣c(diǎn)不接地會出現(xiàn)長時(shí)間單項(xiàng)電壓增高，這是絕不能啟動避雷器的接地。

（四）準(zhǔn)確判斷氧化鋅防雷器的狀態(tài)

我們可以通過將高壓電流感應(yīng)設(shè)備安裝于避雷器末端的方式來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)輸電線路的監(jiān)控，以此可以判斷出避雷設(shè)備的防雷次數(shù)。借助可以測試氧化鋅微電流的儀器來對氧化鋅電阻片的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以判斷是否適宜下一次的接雷任務(wù)。同時(shí)，高壓電流感應(yīng)設(shè)備可以對氧化鋅避雷器的持續(xù)擊穿狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，這就為我們提供了線路中易于出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象的事實(shí)依據(jù)。

五、500KV線路型避雷器的應(yīng)用優(yōu)勢

這里介紹的是由中能公司與清華大學(xué)聯(lián)合研制的一款最新線路型避雷器產(chǎn)品。該避雷設(shè)備運(yùn)用了在當(dāng)今比較先進(jìn)的技術(shù)，是目前使用非常廣泛的一種500KV避雷器產(chǎn)品，該類產(chǎn)品的大量應(yīng)用對我國的電網(wǎng)輸電線路的保護(hù)起到了至關(guān)重要的作用。線路型避雷器在雷電活動頻繁的環(huán)境、土壤電阻率偏大的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中以及輸電線路巡查困難的山區(qū)對高壓電網(wǎng)都有著很好的保護(hù)效果。線路型避雷器將氧化鋅避雷器同絕緣子進(jìn)行了合成，使二者體積更小，重量更輕，懸掛安裝的方式。產(chǎn)品自我防護(hù)能力較強(qiáng)，采用全密封加工，防潮、防炸，先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的免維護(hù)，只需安裝完成即可長久使用。線路型避雷器有效解決了氧化鋅避雷器所存在的一些問題。

首先，氧化鋅避雷器的接地極若施工效果欠佳會對自身運(yùn)作產(chǎn)生一定影響，這是受到其伏安特性的曲線變化而決定的，接地極的電阻過大時(shí)，就會導(dǎo)致避雷器的使用出現(xiàn)制約。線路型避雷器不但解決了氧化鋅的壓制技術(shù)，同時(shí)也有利于接地極的升級；其次，線路型避雷器設(shè)計(jì)了串聯(lián)空隙，考慮到高電壓空氣的擊穿特性，線路型避雷器在接地余電壓方面做得非常周到，避免了接地工作時(shí)系統(tǒng)給接地線造成過高的電壓損耗；第三，在絕緣材料的應(yīng)用方面線路型避雷器拋棄使用磁珠結(jié)緣法這樣一種較為廉價(jià)的方式，轉(zhuǎn)而采用進(jìn)口雙組液態(tài)硅膠。這種材料可以一次成型，耐水性與防污效果明顯。電網(wǎng)常年受到風(fēng)吹雨淋，老化速度比較嚴(yán)重，采用線路型避雷器可以憑借自身重量和抗風(fēng)撕裂性，耐碰撞性能優(yōu)越，可承受多重雷電的打擊，在較為惡劣的自然環(huán)境中有很好的主動防御能力；最后，拋棄使用磁珠也避免了溫度方面的問題，使得整個(gè)電網(wǎng)的輸電線路在散熱性能上有著更加推出的表現(xiàn)。一系列新材料的應(yīng)用讓電阻片的老化時(shí)間有效延長，這就直接提升了避雷設(shè)備的接雷次數(shù)。而且，雙組液態(tài)硅膠的比重大大輕于磁珠的質(zhì)量，所以線路型避雷器在質(zhì)量與重量上也具有著明顯的優(yōu)勢，這就是運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本大幅下降，也加快了設(shè)備的安裝速度。正是受益于全新的絕緣設(shè)計(jì)，線路型避雷器也讓電網(wǎng)系統(tǒng)在計(jì)數(shù)器的安裝上也變得愈加便利。

結(jié)語

綜上所述，在500KV電網(wǎng)輸電線路防雷擊的應(yīng)用策略中，充分利用對先進(jìn)避雷器的技術(shù)研究是提高雷電防范、保障輸電線路穩(wěn)定與安全的有效途徑。我們通過對以往實(shí)踐的總結(jié)，可以選擇出合理的防雷方案，同時(shí)，可以借助架空地線與避雷器的聯(lián)合來組成一套防雷系統(tǒng)，這樣更可以切實(shí)保證輸電線路的制勝安全，以此來實(shí)現(xiàn)整個(gè)輸電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與服務(wù)性的雙贏。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶玲，程濟(jì)兵，王曉燕，梁志鈺.輸電線路氧化鋅避雷器應(yīng)用研究[J].高壓電器，2010（04）.

[2]符方達(dá).輸電線路防雷措施的探討[J].科技資訊，2009（28）.

[3]張平.500kV架空輸電線路雷電分析及防雷措施[J].科技資訊，2010（06）.

[4]周中秋.輸電線路防雷技術(shù)應(yīng)用與分析[J].農(nóng)村電氣化，2010（03）.

[5]J. Schwill. Energy Risk， Valuing and Managing Energy Derivatives， second edition von Dragana Pilipovic[J]. Zeitschrift für Energiewirtschaft，2008 （2）.

作者簡介

趙龍，（1987-08），性別：男，籍貫：湖北省當(dāng)陽縣，工作單位：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司百色局，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：輸電工程。