淺談幾種輸電線路尖端防雷措施的實踐與應(yīng)用

陶潛++陳艷

[摘 要]架空輸電線路的安全穩(wěn)定運行直接影響電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電可靠性，雷害是輸電線路事故防范領(lǐng)域中的重大課題，各級電網(wǎng)雷擊跳閘占到總跳閘次數(shù)一半以上，居各類自然災(zāi)害的首位。目前，電力系統(tǒng)架空輸電線路中采用的防雷措施各式各樣，本文結(jié)合黃石地區(qū)雷害分布及特點，對本地區(qū)輸電線路尖端防雷措施進行列舉，對防雷效果進行分析，提出各類措施運用領(lǐng)域和范圍，達到有的放失的目標。

[關(guān)鍵詞]架空輸電線路；尖端防雷；應(yīng)用范圍

中圖分類號：P918 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0256-02

0 引言

黃石地區(qū)丘陵為主，是雷害較為高發(fā)的區(qū)域。根據(jù)湖北省電力公司2014年更新的雷害風險分布圖顯示，黃石地區(qū)反擊雷害風險處于Ⅲ級風險的占92%，處于Ⅳ級風險的占5%；繞擊雷害風險處于Ⅲ級風險的占82%，處于Ⅳ級風險的占13%。2014年，110kV及以上輸電線路雷擊跳閘率占總跳閘率的48.33%，防雷任務(wù)十分艱巨。

因此，運維部門針對黃石雷害分布圖，結(jié)合地理位置、地形地貌、桿塔形式、絕緣配置、重要斷面等因素，采取差異化防雷策略，意在提高輸電線路防雷水平，降低雷擊跳閘率。2015年，在全年地閃密度同比持平的情況下，黃石地區(qū)110kV及以上架空輸電線路雷擊跳閘率同比下降65.52%，某種意義上，防雷工作取得了一定的成績。

本文詳細列舉了黃石地區(qū)所采用的線路避雷器、石墨柔性接地體、并聯(lián)間隙以及雷電閃絡(luò)限制器等防雷措施，根據(jù)這些措施的原理，結(jié)合黃石地區(qū)桿塔分布特點，分析采取這些措施的原因，總結(jié)獲得的成效，為防雷手段的采用指明一絲方向。

1 輸電線路雷電過電壓發(fā)生機理

1.1 感應(yīng)雷過電壓

當雷擊于輸電導(dǎo)線附近的地面時，會在線路的三相導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓。當雷云對地放電時，由于云中電荷很快中和，束縛電荷被釋放，在輸電線路上感應(yīng)出極性與雷電流相反的過電壓。

實踐證明，感應(yīng)過電壓幅值達300至400kV，可以使60-80cm的空氣間隙擊穿或3片XP-70型懸式絕緣子閃絡(luò)，因此，對于110（66）kV及以上架空輸電線路基本不考慮感應(yīng)雷引起的閃絡(luò)事故。

1.2 反擊雷過電壓

雷電流擊中輸電桿塔塔頂時， 大部分雷電流沿桿塔流入大地， 由于桿塔、避雷線波阻抗及接地電阻的存在， 雷電流流過桿塔進入大地時， 會在桿塔上產(chǎn)生很大的壓降， 使塔頂、橫擔的電位陡升。當絕緣子串兩端所承受的電位差超過其沖擊閃絡(luò)電壓時， 絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)， 導(dǎo)致輸電線路發(fā)生接地故障。

1.3 繞擊雷過電壓

雷電流直接擊中輸電導(dǎo)線時， 由于大量雷電流注入， 導(dǎo)致輸電線路對地電壓陡升。當絕緣子串兩端承受的電位差大于絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓時， 絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)， 導(dǎo)線通過桿塔對地放電。

從雷電過電壓發(fā)生機理可以看出，對于110千伏及以上架空輸電線路，如何防范反擊雷與繞擊雷是重點。

2.防雷措施使用

2.1 帶串聯(lián)間隙線路避雷器

黃石地區(qū)使用的氧化鋅避雷器現(xiàn)階段全都是帶串聯(lián)間隙的線路避雷器，該種類型的線路避雷器是降低輸電線路雷擊跳閘率的有效手段，對反擊雷與繞擊雷均有防范作用。

2.1.1 線路避雷器原理

無論是反擊雷還是繞擊雷，避雷器均能起到良好的分流作用，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小雨絕緣子串的閃絡(luò)電壓，并且，避雷器的工頻續(xù)流在第一次過零時就能熄滅，因此不會造成線路跳閘。

2.1.2 安裝選點

線路避雷器成本較高、保護范圍較小，因此，在安裝前一定要慎重選擇安裝點。黃石地區(qū)線路避雷器選點主要根據(jù)兩方面：一是根據(jù)跳閘桿塔和運行經(jīng)驗，來確定需要安裝避雷器的桿塔，減小再次雷擊的概率；二是根據(jù)湖北省電力公司下發(fā)的最新雷區(qū)圖，了解雷電活動分布情況，找出雷電活動頻繁區(qū)，再根據(jù)線路所經(jīng)的地形、地勢以及地貌，合理選擇安裝點。如桿塔處于山區(qū)風口處、坡度較大處、土壤電阻率高、山頂、山腰等地形位置。

2.1.3 安裝相別

黃石公司根據(jù)差異化防雷要求，在雷害風險較高的區(qū)域，安裝避雷器采取以下原則：當接地電阻比較小時，為了防止繞擊跳閘，一般在屏蔽效果比較差的邊相或易發(fā)生繞擊的中相上安裝；在接地電阻較高，雷害活動較強烈，易于發(fā)生繞擊的桿塔，且接地電阻降低有困難（如巖石塔基），加強線路絕緣受到桿塔尺寸限制的情況下，一般在三相導(dǎo)線上安裝線路避雷器；對于同桿架設(shè)桿塔，在保護角較大的中相安裝線路避雷器；對于易遭雷擊的桿塔，在兩側(cè)相鄰桿塔上同時安裝線路避雷器。

黃石地區(qū)在加裝線路避雷器后，線路跳閘率明顯降低，據(jù)統(tǒng)計，安裝了避雷器的線路桿塔在安裝前跳閘23次，其中繞擊13次，反擊10次，在安裝后均未發(fā)生過雷擊跳閘。

2.2 石墨柔性接地裝置

架空輸電線路接地電阻是決定桿塔反擊耐壓水平的重要因素，有效降低桿塔接地電阻對輸電線路防雷工作的開展是十分有必要的。2015年，黃石公司在土壤電阻率較高、接地電阻常年居高不下的地區(qū)推廣使用石墨柔性接地裝置，對成功降低桿塔反擊雷跳閘率起到了至關(guān)重要的作用。

2.2.1 石墨柔性接地原理

石墨柔性接地體是一種以非金屬材料為主的接地體，導(dǎo)電性能和穩(wěn)定性能較好，可有效解決金屬接地體在酸性或堿性土壤中親和力差、表面易發(fā)生銹蝕、在有機物質(zhì)過多的土壤中導(dǎo)電性能和泄流能力減弱等問題。使用非金屬石墨接地體，可以增大接地體本身的散流面積，減小接地體與土壤之間的接觸電阻值。石墨接地體耐腐蝕性能強，可持續(xù)承受大電流通過，不會對土壤產(chǎn)生污染。

2.2.2 石墨柔性接地體優(yōu)點

石墨接地體與金屬接地體特點對比見下表1：

2.2.3 應(yīng)用效果

黃石公司對接地電阻常年居高不下的桿塔接地網(wǎng)共計7條線路23基桿塔使用了石墨柔性接地體，接地電阻得到了明顯改善，即便在土壤電阻率較高的地區(qū)，電阻值也能保持在3Ω之下，跳閘次數(shù)也得到控制，使用石墨接地體前后線路跳閘對比見下表2：

2.3 并聯(lián)間隙

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，防雷工作從思想上逐漸由“堵塞型”向“疏導(dǎo)型”轉(zhuǎn)變，桿塔絕緣子加裝并聯(lián)間隙就是一種“疏導(dǎo)型”防雷保護方式，其主要思想就是允許線路有一定的雷擊跳閘率，通過并聯(lián)間隙與絕緣子的絕緣配合，達到利用間隙接引閃絡(luò)通道的作用，從而避免絕緣子故障損壞、提高線路重合閘成功率，避免永久性故障發(fā)生。

2.3.1 工作機理

正常運行時，間隙裝置具有均勻工頻電場的作用；架空線路遭受雷擊時，絕緣子串上產(chǎn)生很高的雷電過電壓， 但因保護間隙的雷電沖擊放電電壓低于絕緣子的放電電壓，故保護間隙首先放電，接續(xù)的工頻電弧在電動力和熱應(yīng)力作用下，過并聯(lián)間隙所形成的放電通道，被引導(dǎo)至電極端頭，固定在電極端頭上燃燒，最終借助電動力沿電極端頭吹開及消散，從而保護絕緣子免于電弧灼燒。

2.3.2 試驗保證

中國電科院對并聯(lián)間隙做了權(quán)威性試驗，目的是通過雷電沖擊50%放電電壓試驗確定不同電壓等級、不同結(jié)構(gòu)尺寸瓷絕緣子串并聯(lián)間隙的有效長度，以指導(dǎo)和規(guī)范輸電線路并聯(lián)間隙的使用。

試驗過程中，一是檢查并聯(lián)間隙應(yīng)能耐受系統(tǒng)的工頻及操作過電壓（不包括諧振過電壓），不發(fā)生擊穿；二是并聯(lián)間隙雷電沖擊（波頭時間在2-10μs）伏秒特性比被保護絕緣子串的雷電沖擊伏秒特性至少低10%，以保證在雷電過電壓下先于絕緣子放電。

2.3.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

黃石公司2015年相繼在110kV棵顧宏線、棵陳線等12條線路共計160基桿塔安裝了絕緣子串并聯(lián)間隙，由于安裝時間在10月份，雷雨季節(jié)已過，因此2015年暫無相關(guān)運行數(shù)據(jù)。

2.3.4 展望

2016年迎峰度夏結(jié)束后，黃石公司對安裝并聯(lián)間隙的線路進行雷擊跳閘數(shù)據(jù)分析，并聯(lián)間隙的安裝是否達到了預(yù)期效果。如并聯(lián)間隙真實降低線路雷擊事故率，提高了線路重合閘成功率，增設(shè)項目計劃，普及并聯(lián)間隙的安裝。

2.4 雷擊閃絡(luò)限制器

該項防雷措施為國網(wǎng)公司科技項目《交直流架空輸電線路雷擊閃絡(luò)限制技術(shù)完善研究》子課題。該設(shè)備在采用空氣間隙（并聯(lián)間隙）保證運行可靠性的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性使用小尺寸、大容量、高梯度電阻片，實現(xiàn)了設(shè)備小型化，滿足了與絕緣子的標準安裝，解決了并聯(lián)間隙的續(xù)流遮斷問題。

3.結(jié)論

1）運行實際情況表明，合理加裝線路避雷器、采取石墨柔性接地體等防雷措施對降低雷擊跳閘率很有效果，線路避雷器可對反擊雷、繞擊雷加以防范，柔性石墨接地體則對反擊雷的防范更加有效；

2）防雷工作更先進的理念是“疏堵共治”，合理設(shè)計的絕緣子并聯(lián)間隙能夠有效的保護絕緣子免受電弧侵襲，保證電網(wǎng)的可靠性；

3）越來越多的防雷科技項目將投入輸電線路防雷運行中，通過不斷地積累運行經(jīng)驗和更優(yōu)化地改進，做足風險評估，輸電線路的防雷工作將得到長久的提高。

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