10kV輸電線路防雷保護(hù)策略探析

蘇桂枝

摘 要：10kV輸電線路承擔(dān)著電流輸送的重任，是人們生活、生產(chǎn)正常用電的保障基礎(chǔ)。然而雷電的肆虐常常會(huì)導(dǎo)致輸電線路故障，嚴(yán)重影響了人們的工作和生活。有關(guān)10kV輸電線路防雷保護(hù)方面的研究，為輸電線路建設(shè)提供了一定的指導(dǎo)，其保護(hù)策略的提出具有重要的工程實(shí)際意義。本文在對(duì)雷擊對(duì)10kV輸電線路危害作出論述的基礎(chǔ)上，就10kV輸電線路防雷保護(hù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究和分析，并提出了一些10kV輸電線路防雷保護(hù)策略，以期降低雷擊的危害，保證輸電線路的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：10kV輸電線路；雷擊危害；防雷保護(hù)策略

10kV輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全、穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的輸電線路防雷保護(hù)裝置被發(fā)明出來(lái)，如避雷針、間隙保護(hù)、電壓保護(hù)器等，為10kV輸電線路防雷保護(hù)提供了有力的技術(shù)支持和條件。但是，這并不代表我國(guó)的輸電線防雷保護(hù)已經(jīng)成熟了，恰恰相反防雷保護(hù)還存在很多亟待解決的問(wèn)題，而且防雷效果有待提升。因此，作者重點(diǎn)就10kV輸電線路防雷保護(hù)進(jìn)行了研究，并提出了相關(guān)建議以供參考。

一、雷擊對(duì)10kV輸電線路的危害

雷電是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷淖匀滑F(xiàn)象之一，它宏偉、壯觀可又危害巨大，防范不當(dāng)時(shí)會(huì)給人類造成無(wú)可挽回的損失。作者主要從雷電的產(chǎn)生與雷擊的危害兩個(gè)方面分析了雷擊對(duì)10kV輸電線路的危害，希望藉此引起有關(guān)部門和相關(guān)人員的注意，并將危害防患于未然，以為人們的健康生活提供保障。

（一）雷電的產(chǎn)生

雷電常伴有雷鳴和閃電的發(fā)生，是一種常見的自然現(xiàn)象。從電性分析來(lái)看，雷電類屬于一種電流源作用的過(guò)程。雷電對(duì)地釋放電流的實(shí)質(zhì)是雷云突然向大地釋放電荷，雖然雷云的初始電位幾乎可達(dá)幾百兆伏，極有可能擊穿大氣層，但這并不是造成地面物體擊損的根本原因。地面被擊物體的電位取決于雷電流與被擊物體阻抗的乘積。這里所謂的被擊物體阻抗是指被擊點(diǎn)與地面零電位參照點(diǎn)之間的阻抗。相對(duì)而言，雷電的產(chǎn)生和雷電電流釋放是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過(guò)程：雷云中的水滴被強(qiáng)氣流吹散之后，水滴附屬了正電荷和負(fù)電荷，較小的水滴被氣流吹走，造成了雷云各部分之間的電量差。一般處在五到十千米的云層富含正電荷，而五千米之下的云層則帶有負(fù)電荷，且兩種高度雷云的電荷分布不均勻。假若從10kV輸電線路防雷保護(hù)的角度來(lái)分析雷云放電的這一過(guò)程，我們可以將其視作為雷電沿著固定波阻抗通道向大地釋放電磁波的過(guò)程。

（二）雷擊的危害

10kV輸電線是電廠向用戶輸送電流的主要承載體之一，其線路鋪設(shè)及穿越的地形復(fù)雜，極容易受到雷擊的破壞，最終導(dǎo)致輸電線工作閃停或中斷。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)輸電線路因雷擊而造成損壞的現(xiàn)象頻頻發(fā)生，嚴(yán)重影響了輸電線路的安全運(yùn)行。自然環(huán)境惡化也致使雷電現(xiàn)象高發(fā)，給輸電線路造成了極大的危害，也給工作人員和用戶帶來(lái)了諸多不便。另外，雷電還常常伴有大風(fēng)暴雨等天氣，在此過(guò)程中，很容易發(fā)生輸電線路震蕩、撞擊以及電線桿斷裂、倒地等事故，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)人員傷亡事故。雷擊事故巡視畢竟是一項(xiàng)勞民傷財(cái)?shù)墓ぷ?，因此，做?0kV輸電線路防雷保護(hù)工作顯現(xiàn)的尤為重要和迫切。有研究調(diào)查顯示，因雷擊跳閘而導(dǎo)致的輸電線路故障在整個(gè)線路故障中占有很大的比重，所以防斷雷擊跳閘成為了10kV輸電線路防雷保護(hù)的重要措施之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸對(duì)10kV輸電線路防雷保護(hù)做出了改進(jìn)，從而在一定程度上提升了防雷保護(hù)的效果，例如在輸電線路上加裝耦合接地線，將避雷單線改為雙線等。這些舉措都在一定程度上有效避免了雷擊跳閘現(xiàn)象，是我們?nèi)粘］旊娋€路防雷保護(hù)工程建設(shè)的重要項(xiàng)目。

二、10kV輸電線路防雷保護(hù)現(xiàn)狀

對(duì)10kV輸電線路防雷保護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行研究和分析，為我們制定有效的輸電線防雷保護(hù)措施提供了指導(dǎo)和依據(jù)，是我們研究10kV輸電線路防雷保護(hù)策略的基礎(chǔ)和前提。本文從跳閘故障和避雷器故障兩個(gè)方面分析了當(dāng)前10kV輸電線路防雷保護(hù)的實(shí)際狀況，以期為后續(xù)的研究工作奠定基礎(chǔ)。

（一）跳閘故障

為了便于研究和分析，作者從時(shí)間和空間兩個(gè)角度總結(jié)了由雷擊造成的輸電線路故障的特性。從時(shí)間上來(lái)講，我國(guó)輸電線路雷擊故障主要集中在多雨時(shí)季，具有一定的季節(jié)性、瞬時(shí)性以及集中性等特性。從電力部門的記錄數(shù)據(jù)來(lái)看，每當(dāng)雷雨季節(jié)來(lái)臨之際，10kV輸電線路雷擊跳閘事故呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在此時(shí)段，電力部門必須要集中大量的人力、物力投入到線路搶修當(dāng)中，以保證輸電線路的正常運(yùn)行；從空間上來(lái)講，我國(guó)輸電線路雷擊故障主要集中在多雨、空曠的地帶，其中西部地區(qū)要比東部地區(qū)故障頻發(fā)率高。10kV輸電線路一般鋪設(shè)在較為低洼的地方，其高度基本局限在12-15m范圍之內(nèi)，容易受到高聳建筑物的保護(hù)。而在空曠的野區(qū)，10kV輸電線路暴露在整個(gè)曠野當(dāng)中，缺少高聳建筑物或其他物體的保護(hù)，因而雷擊故障事故發(fā)生較為頻繁。除此之外，造成10kV輸電線路雷擊故障的因素還有線路分布、地形地貌、地質(zhì)水文等等。

（二）避雷器故障

避雷器是輸電線路防雷保護(hù)最主要的裝置之一，對(duì)保護(hù)輸電線路防雷擊具有重要的作用。因此，對(duì)避雷器故障進(jìn)行技術(shù)分析是非常有必要的，是10kV輸電線路防雷保護(hù)研究的重點(diǎn)。目前，避雷器故障主要分為以下幾種：一，因受污受潮而導(dǎo)致的避雷器故障。我們所常用的避雷器由絕緣筒和氧化鋅電阻閥片組成，其中，絕緣筒多位抗老化復(fù)合型材料，氧化鋅電阻閥片則具備良好的阻隔性質(zhì)。因?yàn)楸芾灼鞒９ぷ饔趷毫拥沫h(huán)境中，長(zhǎng)時(shí)間的裸露勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致避雷器上覆蓋一層厚厚的污穢物，它一旦遇到潮濕天氣時(shí)就可能會(huì)發(fā)生污穢脫落現(xiàn)象，最終引發(fā)故障；二，因密封不良而導(dǎo)致的避雷器故障。造成避雷器密封不嚴(yán)的原因有很多種，有的是因?yàn)樯a(chǎn)質(zhì)量不過(guò)關(guān)，有的則是因?yàn)檫\(yùn)輸途中發(fā)生損壞。避雷器密封不良會(huì)致使絕緣筒和氧化鋅電阻閥片之間出現(xiàn)氣體間隙，當(dāng)空腔呼吸作用時(shí)則可能會(huì)使避雷器吸入潮氣，從而導(dǎo)致氧化鋅電阻閥片絕緣能力下降，引發(fā)避雷器故障；三，因老化而導(dǎo)致的避雷器故障。在避雷器日常運(yùn)行的過(guò)程中，不可避免的會(huì)受到外界運(yùn)行環(huán)境的影響導(dǎo)致老化速度加快。或是受到自身使用期限的局限，當(dāng)避雷器使用到一定年限時(shí)也會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，一旦避雷器的這種老化到達(dá)一定程度時(shí)，電阻片泄漏電流就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，破壞了氧化鋅電阻閥片，繼而引發(fā)故障。

三、10kV輸電線路防雷保護(hù)策略

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅深化了我們對(duì)雷電的認(rèn)知，還幫助我們挖掘出更多的10kV輸電線路防雷保護(hù)策略。因此，我們要充分利用現(xiàn)代科技的優(yōu)勢(shì)，積極探索輸電線防雷保護(hù)的策略，并踐行在實(shí)際工作當(dāng)中。作者結(jié)合自己的專業(yè)知識(shí)以及上述對(duì)10kV輸電線路防雷保護(hù)現(xiàn)狀的分析，提出了安裝間隙保護(hù)裝置、安裝避雷器以及降低桿塔接地電阻三種10kV輸電線路防雷保護(hù)策略，并希望借此提高我國(guó)輸電線路雷電防護(hù)的水平。

（一）安裝間隙保護(hù)裝置

輸電線上的間隙保護(hù)裝置是指位于絕緣子串旁的一對(duì)并聯(lián)金屬球電極。該保護(hù)裝置間隙的確定需要以對(duì)絕緣子百分之五十累計(jì)沖擊實(shí)驗(yàn)值為依據(jù)，要保證其放電電壓低于絕緣子串的放電電壓。間隙保護(hù)裝置的工作效用是：當(dāng)10kV輸電線路運(yùn)行正常時(shí)，間隙保護(hù)裝置處于工頻電場(chǎng)中，由于工頻電場(chǎng)的強(qiáng)度不高所以不會(huì)擊穿空氣間隙，自然也不會(huì)對(duì)輸電線路產(chǎn)生影響；而當(dāng)輸電線路面臨雷擊時(shí)，絕緣子串的始端和終端瞬間會(huì)出現(xiàn)較高的雷電過(guò)電壓，那么間隙保護(hù)裝置就會(huì)發(fā)生作用，它將雷電電壓引入到間隙中進(jìn)行放電，使得燃燒的工頻持續(xù)電流熄滅，從而避免了絕緣子串的損壞；當(dāng)10kV輸電線是絕緣線時(shí)，間隙保護(hù)裝置則有效降低了輸電絕緣線路的斷線故障發(fā)生率。但是，加裝間隙保護(hù)裝置并非一本萬(wàn)利，其會(huì)造成輸電線路自身防雷作用一定程度的降低，某種意義上，加大了輸電線路跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。所以，為了盡量規(guī)避安裝間隙保護(hù)裝置所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，我們可以在10kV輸電線路上加裝可以調(diào)節(jié)的間隙保護(hù)裝置，以此來(lái)降低10kV輸電線路雷擊事故的發(fā)生。除此之外，我們還可以依據(jù)實(shí)際需要架設(shè)避雷線，這在我國(guó)的輸電線路鋪設(shè)中已逐步得到實(shí)現(xiàn)并取得了一定的效果。當(dāng)雷電作用到地面上時(shí)，由于避雷線與輸電線之間處于一種耦合狀態(tài)，會(huì)提升輸電線路的雷電防護(hù)水平。但是，值得注意的是10kV輸電線路中架設(shè)避雷線會(huì)使輸電線的引雷作用強(qiáng)化，有可能會(huì)引發(fā)更多的雷擊故障。所以，我們應(yīng)該依據(jù)實(shí)際需要確定避雷線的架設(shè)與否。

（二）合理安裝避雷器

如上文中所提及的，避雷器對(duì)保護(hù)輸電線路防雷具有明顯的效果。我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫谋芾灼鲙缀蹩梢詫?duì)180m范圍的輸電線路進(jìn)行保護(hù)，但是對(duì)雷電職級(jí)線路只能保護(hù)其所處的桿塔，如若在10kV輸電線路上全部加裝避雷器，那么輸電線路防雷保護(hù)將會(huì)取得很好的效果。然而，以我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)來(lái)看這顯然是不合適的，無(wú)疑增加了輸電線路的鋪設(shè)成本和維護(hù)成本。因此，我們應(yīng)該有選擇性、合理的安裝避雷器。從理論上分析，作者認(rèn)為有幾處必須要安裝避雷器：處于山頂?shù)妮旊娋€路應(yīng)該全線加裝避雷器；處于山腰的輸電線路則需要在山底的側(cè)導(dǎo)線上安裝避雷器；處于空曠地區(qū)的輸電線路安裝避雷器；在輸電線路一定范圍內(nèi)進(jìn)行高聳物體避雷器安裝。另外，避雷器的安裝排布上我們應(yīng)該遵循最優(yōu)化原則，具體而言，對(duì)呈上下排列的輸電線路，盡量在上支導(dǎo)線上安裝避雷器；對(duì)呈三角形狗仔的輸電線路，盡量在頂相導(dǎo)線上安裝避雷器。基本上這也是輸電線路上避雷器安裝的最佳位置。通過(guò)科學(xué)的計(jì)算，作者發(fā)現(xiàn)避雷器保護(hù)的范圍會(huì)隨著高度的上升而縮小，而高度一定時(shí)避雷器的保護(hù)范圍會(huì)隨著雷電流幅值的提高而擴(kuò)大。

（三）適度降低桿塔接地電阻

10kV輸電線路防雷保護(hù)中不僅需要我們考慮雷電波圍堵問(wèn)題，還需要我們考慮雷電波的釋放問(wèn)題，單純的提升10kV輸電線路的絕緣水平，而不采用其他輔助保護(hù)手段，會(huì)導(dǎo)致雷電波傳輸?shù)捷旊娬净蛘咻旊娮儔浩魃?，極可能損壞電站設(shè)備。除了上述安裝間隙保護(hù)裝置和避雷器之外，降低輸電線的接地電阻也是有效的方式之一。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)輸電線路的輸電電壓容量小于100kVA時(shí)，那么我們需要將接地電阻控制在十歐姆以下。而當(dāng)輸電線路處于避雷器保護(hù)狀態(tài)時(shí)，我們需要將避雷器的接地電阻控制在四歐姆以下。目前，國(guó)外一些關(guān)于降低輸電線接地電阻的有效方法是值得我們學(xué)習(xí)和借鑒，例如，我們可以采用外引接地、使用降阻劑、深埋接地、擴(kuò)大接地網(wǎng)面積等方式降低桿塔接地電阻。雖然這些降低桿塔接地電阻的方法都是有效的，但是還需要電力部門綜合考慮成本、維護(hù)、效果等多方面的因素，選擇高效低成本的降阻方式。與此同時(shí)，我們還需要注意避雷器與桿塔之間的接地配合。當(dāng)前階段，10kV輸電線路中避雷器與桿塔之間接地配合的方式有兩種，即共地并聯(lián)和不同地。所謂的共地是指避雷器與桿塔絕緣子并聯(lián)。而不攻地是指避雷器一端與導(dǎo)線相連，另一端則采用直接接地的方式。這兩種不同的方式對(duì)避雷器釋放雷電電流的影響也是有所不同的。經(jīng)過(guò)測(cè)試研究表明，在土壤電阻率較小的地區(qū)我們可以采用避雷器和桿塔不共地的配合方式，相反則選用避雷器和桿塔共地的配合方式，這樣才能將避雷器的雷電流釋放功能有效的發(fā)揮出來(lái)。

總之，做好10kV輸電線路防雷保護(hù)是非常重要的和必要的。我們應(yīng)該利用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，依據(jù)輸電線防雷保護(hù)實(shí)際制定科學(xué)、合理、有效的10kV輸電線路防雷保護(hù)措施。鑒于作者的個(gè)人能力和認(rèn)知有限，關(guān)于10kV輸電線路防雷保護(hù)方面的研究還存在很多的不足之處。因此，我們?cè)谝院蟮墓ぷ鲗?shí)踐中加大有關(guān)方面的研究，并積極探索出更多、更有效的輸電線防雷保護(hù)措施，以為人們提供安全、穩(wěn)定的生活環(huán)境和工作環(huán)境。同時(shí)電力部門還需要適度加大防雷保護(hù)建設(shè)力度，積極國(guó)外的一些優(yōu)勢(shì)經(jīng)驗(yàn)，善于發(fā)現(xiàn)自身的不足或有待完善的地方，并進(jìn)行及時(shí)的改進(jìn)和更新。如此通過(guò)多方的努力，相信我國(guó)的輸電線防雷保護(hù)將會(huì)贏來(lái)更廣闊的明天。

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