不同地形條件下架空配電線路防雷方案研究

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不同地形條件下架空配電線路防雷方案研究

劉學(xué)虎

（國網(wǎng)寧夏電力公司固原供電公司,寧夏固原,756000）

摘要：作為供電系統(tǒng)當(dāng)中的電能分配的關(guān)鍵設(shè)備，架空配電線路的安全與穩(wěn)定直接影響著整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。雷電災(zāi)害是架空配電線路當(dāng)中頻繁遇到的一種自然災(zāi)害，因此線路的防雷工作十分重要。本文在對(duì)架空配電線路的引雷范圍、雷擊跳閘率計(jì)算的分析基礎(chǔ)上，探討其在不同地形條件下的防雷方案。

關(guān)鍵詞：架空配電線路；引雷范圍；雷擊跳閘率；防雷方案

Lightning protection scheme of overhead distribution line under different terrain conditions

Liu Xuehu

（Ningxia power company Guyuan power company Guyuan Ningxia,756000)

Abstract：As the key equipment of power distribution in power supply system,the security and stability of the overhead distribution line directly affect the normal operation of the power supply system..The lightning disaster is one kind of natural disaster frequently encountered in the overhead distribution line, therefore,the line lightning protection work is very important.Based on the analysis of the lightning strike range and the lightning trip rate of the overhead distribution lines, the lightning protection scheme of the overhead distribution lines is discussed.

Keywords：overhead distribution line;lightning range;lightning trip rate;lightning protection scheme

架空配電線路的雷擊類型主要包括直擊雷、感應(yīng)雷以及地電位提高。其中直擊雷指的是雷雨云對(duì)大地的某一位置進(jìn)行能夠直接擊中設(shè)備的強(qiáng)烈放電，雷電流在擊中架空配電線時(shí)通過導(dǎo)線對(duì)設(shè)備造成損害；感應(yīng)雷包括靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)，前者是由于雷電云與導(dǎo)線上的相反符合不平衡而導(dǎo)致的，后者是雷電流穿過導(dǎo)體流入大地時(shí)產(chǎn)生較大的交變電磁場(chǎng)而引起設(shè)備損壞；地電位提高，是由于設(shè)備保護(hù)接地端接在室內(nèi)時(shí)電壓值為0，使得設(shè)備工作線路、殼體之間出現(xiàn)100kV的電壓差而造成設(shè)備損壞。

1　架空配電線路的引雷范圍及雷擊跳閘率的計(jì)算

1.1引雷范圍

由于架空線路本身帶電，在雷電先導(dǎo)頭部后發(fā)展到線路間的電磁強(qiáng)度比空氣臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)大時(shí)就會(huì)使線路受到雷擊，二者之間的距離定值便是雷擊距。在導(dǎo)體高度位于10m-50m范圍以內(nèi)時(shí)，可以使用相應(yīng)的雷擊距公式，即Rc=0.67h0.6I0.74（其中Rc表示對(duì)導(dǎo)線的雷擊擊距，h表示導(dǎo)線的平均高度，I表示雷電的流幅值）。根據(jù)公式我們可以看出，雷電先導(dǎo)對(duì)地?fù)艟嗯c對(duì)導(dǎo)線擊距間的比值同導(dǎo)線的高度呈反比例，當(dāng)導(dǎo)線的高度越高，則其比值就越小。對(duì)于導(dǎo)線高度小于40m對(duì)地?fù)艟喙饺缦拢篟e=[0.36+0.16In(43-h)]Rc。根據(jù)上述兩個(gè)公式可以計(jì)算推導(dǎo)出雷電流臨界值I0的計(jì)算公式為：

1.2雷擊跳閘率

雷擊跳閘率包括了直接雷擊跳閘和感應(yīng)雷擊跳閘率的計(jì)算。在對(duì)直接雷擊跳閘進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要考慮到架空配電線路的耦合作用，并取相導(dǎo)線波阻抗是400Ω時(shí)的耐雷水平，推導(dǎo)出不同地區(qū)線路的直接雷擊跳閘率公式：（其中U50%表示絕緣子閃絡(luò)電壓，Td為年雷暴天數(shù)，表示地面落雷密度）。同樣的，我們可以推導(dǎo)出感應(yīng)雷擊跳閘率的計(jì)算公式為：

2　不同地形條件下架空配電線路防雷方案

對(duì)于城區(qū)地形、山區(qū)地形、特殊地形等不同的地形條件，我們可以因地制宜，采取不同的架空配電線路防雷方案。

2.1城區(qū)地形下的防雷方案

由于城區(qū)地形的架空配電線路周圍建筑物通常都較多且密集，導(dǎo)致了線路遭受直擊雷的概率相對(duì)較低，其附近建筑物通常都具有較高的引雷能力，因而高層建筑多的城區(qū)雷電直接擊中架空線的情況少之又少。在城區(qū)地形下，我們主要應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)架空配電線路的感應(yīng)雷、地電位提高的防護(hù)。

2.1.1感應(yīng)雷的防護(hù)方案

由感應(yīng)雷所引起的雷擊跳閘是城區(qū)地形下架空配電線路雷擊災(zāi)害中最常出現(xiàn)的災(zāi)害。一方面，線路所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)雷的引雷范圍會(huì)隨著配電線路的高度、所處自然環(huán)境等種種因素的改變而發(fā)生變化，另一方面，太過密集的建筑物給城區(qū)架空配電線路的設(shè)置帶來了很大的難度，使其線路復(fù)雜多變且高度變化多樣，這兩個(gè)方面的因素使得感應(yīng)雷的防護(hù)設(shè)置十分復(fù)雜，需要在保證電路走向的合理安排、設(shè)計(jì)的同時(shí)，綜合運(yùn)用多種手段來構(gòu)建出全面的防雷系統(tǒng)。目前包括同塔多回路和絕緣導(dǎo)線式這兩種架空配電線路防雷方案。其中，出于城區(qū)空間緊張的考慮，為實(shí)現(xiàn)對(duì)架空配電線路的空間的節(jié)約，同塔多回路受到了廣泛的運(yùn)用，這也提高了架空配電線路的密集程度與受感應(yīng)雷的損傷程度，因而必須要采取額外的防雷設(shè)置。我們可以通過將氧化鋅避雷器加裝在多回路部分來避免相鄰線路出現(xiàn)反擊情況，在進(jìn)行加裝時(shí)，必須使該路段的絕緣子的絕緣水平保持一致。受到城區(qū)地形的局限，架空配電線路位置難免會(huì)靠近建筑物，甚至需要從人口密集的地帶穿過，決定了這些架空配電線路必須嚴(yán)格使用絕緣導(dǎo)線，出于對(duì)絕緣導(dǎo)線易對(duì)雷電電流產(chǎn)生阻隔使得熱量難以消散的特點(diǎn)考慮，在導(dǎo)線的兩端也必須設(shè)置相應(yīng)的氧化鋅避雷器。

2.1.2地電位提高的防護(hù)方案

雷電入地處與設(shè)備自身的電壓差造成了地電位提高，產(chǎn)生雷擊災(zāi)害。雖然城區(qū)地形不利于雷電的入地?cái)U(kuò)散，使地電位提高引發(fā)的雷電災(zāi)害發(fā)生頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于感應(yīng)雷災(zāi)害，然而，由于城區(qū)地形中有些架空配電線路的保護(hù)接地是設(shè)置在室內(nèi)的，當(dāng)雷電使得地電位提高時(shí)，就會(huì)使設(shè)備的外殼、工作線路間出現(xiàn)很大的電壓差，導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至損毀，對(duì)于地電位提高的防護(hù)也是不可忽視的。我們可以采取控制接地電阻、對(duì)工作線路和設(shè)備外殼進(jìn)行重復(fù)接地等方法來實(shí)現(xiàn)防護(hù)。

2.2山區(qū)地形下的防雷方案

不同于城區(qū)，架空配電線路在山區(qū)地形中通常都位于開闊的地帶，受到山區(qū)地形影響往往需要通過一些高海拔的區(qū)域，因此直擊雷災(zāi)害的發(fā)生幾率相對(duì)較高。同時(shí)由于山區(qū)地形中架空配電線路幾乎沒有保護(hù)接地位于室內(nèi)的現(xiàn)象，使得地電位提高的雷擊災(zāi)害很少發(fā)生。

2.2.1直擊雷的防護(hù)方案

受到山區(qū)的地形、氣候等方面的影響，產(chǎn)生了一些雷電密集的區(qū)域，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量繞開這些區(qū)域，若出于客觀原因無法規(guī)避，那么就要對(duì)該區(qū)域的雷電特征進(jìn)行仔細(xì)的考察，在此基礎(chǔ)上選擇最佳的防護(hù)措施。如利用地形和導(dǎo)線高度等對(duì)直擊雷的引雷范圍做出計(jì)算，通過對(duì)地面線路、傾角的調(diào)整來減少直擊雷災(zāi)害的發(fā)生。

2.2.2感應(yīng)雷的防護(hù)方案

相比較城區(qū)，山區(qū)的架空配電線路的復(fù)雜程度低，同時(shí)感應(yīng)雷災(zāi)害的發(fā)生頻率也隨之降低。由于山區(qū)的架空配電線路感應(yīng)雷災(zāi)害頻率不會(huì)隨著傾角的變化而改變，因此通常利用耦合地線的加裝、接地的延伸等途徑來進(jìn)行防護(hù)。

2.2.3地電位提高的防護(hù)方案

山區(qū)地形土壤的多變性會(huì)導(dǎo)致一些地段的電阻率過高，使得這些位置的地電位提高災(zāi)害頻發(fā)，一方面，我們可以通過降阻劑等物質(zhì)的使用來對(duì)接地電阻進(jìn)行抑制，以減小地電位提高幅度；另一方面，我們可以通過對(duì)配變?nèi)萘康恼{(diào)整來減輕架空配電線路所受到的沖擊。

2.3特殊地形下的防雷方案

除了城區(qū)地形、山區(qū)地形兩種主要地形之外，一些特殊地形也會(huì)要求架空配電線路做出特殊的防雷方案。例如，當(dāng)架空配電線路靠近大型水域時(shí)，其絕緣需求更高，因此需要使用絕緣導(dǎo)線，并在導(dǎo)線兩側(cè)設(shè)置好氧化鋅避雷器，在線路過長的情況下還需在中段額外添加避雷器；當(dāng)架空配電線路的區(qū)域存在易燃易爆物等，也必須更加嚴(yán)格地做好防雷設(shè)置，必要時(shí)可設(shè)置屏蔽器。在對(duì)這些特殊地形進(jìn)行防雷設(shè)置時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮地形特征的考察情況以及以往的防雷經(jīng)驗(yàn)來建立起有針對(duì)性的防雷系統(tǒng)。

3　總結(jié)

綜上所述，作為供電系統(tǒng)的主要組成部分，架空配電線路直接關(guān)系到人們的日常生活、生產(chǎn)，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)架空配電線路時(shí)，必須綜合考慮到氣候等因素，根據(jù)不同地形條件采取不同的防雷方案，通過避雷裝置的安裝、避雷線的架設(shè)等措施來降低雷擊事故的發(fā)生幾率，從而保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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