輸電線路雷擊的原因分析及對(duì)策

譚明君 李站東 王立生

摘要：本文對(duì)輸電線路雷電過(guò)電壓、耐雷水平、桿塔接地等進(jìn)行了綜合分析和研究，其中重點(diǎn)討論了桿塔接地電阻偏大以及回路電阻偏高的問(wèn)題，并提出了解決該問(wèn)題的措施。

Abstract： This paper comprehensivly analyzes and researches the lightning over-voltage lightning resisting level， tower grounding of the transmission line， it mainly discusses the larger resistance of tower grounding and the higher loop resistance and puts forward the measures to solve the problem.

關(guān)鍵詞：輸電；防雷；接地；措施

Key words： transmission；anti-thunder；ground connection；measure

中圖分類號(hào)：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）07-0170-02

0 引言

張家口市地處山區(qū)和丘陵地帶，雷電活動(dòng)較為頻繁，年平均雷暴日在40d以上，由于桿塔接地電阻偏大以及回路電阻偏高，輸電線路雷擊事故較為突出。其中輸電線路接地裝置的接地電阻值的大小直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，采取措施降低桿塔接地電阻能夠提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于桿塔接地不良或回路電阻較大而發(fā)生的雷害事故占線路故障率的比例較高。這是由于雷擊桿塔頂部或避雷線時(shí)，當(dāng)雷電流通過(guò)桿塔、接地裝置流入大地時(shí)，由于接地電阻偏高，造成桿塔頂部電位升高，從而發(fā)生跳閘事故。經(jīng)歷年雷擊事故調(diào)查分析證明，發(fā)生雷擊事故的桿塔，大多是由于接地電阻偏高造成的，但是造成接地電阻偏高的原因較多，既有施工方面的原因，又有運(yùn)行維護(hù)方面的原因，還有地質(zhì)和環(huán)境條件的影響。為此，我們有必要對(duì)送電線路的雷電過(guò)電壓、桿塔接地裝置的接地電阻、以及接地電阻偏高的原因進(jìn)行分析和研究，從而制定降低桿塔接地電阻的有效措施。

1 送電線路的雷擊過(guò)電壓

自然界包羅萬(wàn)象，雷擊現(xiàn)象非常復(fù)雜，但從其后果的角度分析，可認(rèn)為其是一個(gè)電流行波沿空氣通道注入雷擊點(diǎn).需要注意的是在雷擊過(guò)程中不僅有電流行波，還有電壓行波，它們構(gòu)成了電磁波，電磁筆傳播時(shí)接近光速。U代表電壓行波，i代表電流行波，Z代表該通道的波阻抗，三者的關(guān)系是Z=u/I，一般情況下Z取300Ω，若是導(dǎo)線或避雷線，Z在300-400Ω之間取值。

當(dāng)雷擊桿塔頂部時(shí)，若桿塔接地電阻R=0，那么桿塔頂部則不會(huì)電位升高。此時(shí)電壓行波會(huì)隨著電流行波一同侵入，但會(huì)改變其極性由原通道反射回去，使正、負(fù)抵消，進(jìn)而確保塔頂電位不變。然而反射的過(guò)程中不僅有電壓行波，還有電流行波，又因?yàn)镽=0，那么電流會(huì)發(fā)生正的全反射，也就是說(shuō)電流相當(dāng)于翻了一倍，而事實(shí)上R=0不是客觀存在的，因此該轉(zhuǎn)化也并不完善，這時(shí)R上的電壓降使避雷線對(duì)地有一個(gè)電位，從而在其上出現(xiàn)的電壓行波，還要伴隨一個(gè)電流行波i=u/Z。電流行波i標(biāo)志著避雷線的分流作用。但通常接地電阻R只有1-20Ω，故分流因素是次要的。一般將避雷線的分流計(jì)入后就認(rèn)為電流基本上增加了一倍。

避雷線的作用是防雷，其原理是把電壓轉(zhuǎn)化為電流，利用很低的接地電阻泄入大地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降壓效果.因此可知，要想使避雷線真正的發(fā)揮作用，離不開(kāi)低的接地電阻的支持，兩者是接近正比例關(guān)系。

2 輸電線路接地電阻與耐雷水平的關(guān)系

判斷線路耐雷水平的一個(gè)重要參數(shù)是輸電線路桿塔的接地電阻值，兩者之間有著直接的關(guān)系，依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，耐雷水平受不同接地電阻的影響如表1所示。分析表1發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沖擊電阻從10Ω增加到15Ω時(shí)，其耐雷水平下降20%；從15Ω增加到20Ω，其耐雷水平下降18%左右；從20Ω增加到25Ω其耐雷水平下降14%左右。這充分證明降低接地電阻是降低雷擊跳閘的一項(xiàng)重要措施。

3 輸電線路桿塔接地的一般要求

桿塔接地電阻的一般規(guī)定：

為了導(dǎo)泄雷電流入大地，以保持線路有一定的耐雷水平，設(shè)計(jì)送電線路的桿塔接地裝置是有效手段。在實(shí)際設(shè)計(jì)送電線路的桿塔接地裝置的過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作和設(shè)計(jì)，滿足以下要求。有避雷線的線路，在雷雨干燥時(shí)，每基桿塔不連避雷線的工頻接地電阻不宜超過(guò)表2數(shù)值。

4 桿塔接地電阻偏高的原因分析

送電線路影響接地電阻的原因是多方面的，歸納起來(lái)有以下幾方面的原因。

①土壤電阻率高。特別是山區(qū)，由于土壤電阻率高，對(duì)桿塔的接地電阻影響較大，經(jīng)調(diào)查證明，凡接地電阻超標(biāo)的桿塔所處地段的土壤電阻率大都在2500Ω·m以上，有的地段甚至更大。

②地形復(fù)雜，地質(zhì)條件差，土層薄或根本沒(méi)有土層，甚至部分地區(qū)都是巖石，給施工帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

③施工方面的原因。由于種種原因，施工中無(wú)法做到盡善盡美，存在很多問(wèn)題，比如沒(méi)按要求回填土、接頭部分焊接不良、接地體埋設(shè)深度不夠等。

④運(yùn)行方面的問(wèn)題。接地電阻異常的原因除了施工遺留的隱患，還可能是以下運(yùn)行問(wèn)題導(dǎo)致的，比如：1）由于接地體的腐蝕，使接地體與周?chē)寥赖慕拥仉娮枳兇?，特別是酸堿地，由于接地體常年在這些土壤中，接地體的腐蝕相當(dāng)快，我們通過(guò)開(kāi)挖接地裝置，發(fā)現(xiàn)接地體焊接頭處因腐蝕斷裂。2）由于水土流失嚴(yán)重，山坡地帶可能會(huì)出現(xiàn)接地體外露現(xiàn)象。3）由于架空地線與桿塔的連接不良，導(dǎo)致電氣上的開(kāi)路；或者由于桿塔接地引下線與接地裝置的連接螺栓銹蝕，導(dǎo)致回路電阻變大。4）桿塔接地引下線或接地體異常。

5 降低雷電跳閘事故的幾點(diǎn)措施

降低雷電跳閘事故的關(guān)鍵是解決接地電阻偏大的問(wèn)題，并認(rèn)真分析原因，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格的勘察和測(cè)量，然后有針對(duì)性的制定應(yīng)對(duì)方案和措施，具體應(yīng)做到以下方面：

①應(yīng)認(rèn)真勘察接地電阻偏高的桿塔所處的位置，并測(cè)量桿塔周?chē)耐寥离娮杪?，若發(fā)現(xiàn)土質(zhì)較差或者土壤電阻率高，應(yīng)采取應(yīng)對(duì)措施，比如使用降阻劑/換土等。

②依照周期開(kāi)挖檢查輸電線路接地裝置，若地質(zhì)特殊還應(yīng)該縮短開(kāi)挖周期，同時(shí)依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行更換改造。

③特別是要按周期使用鉗型接地?fù)u表對(duì)桿塔接地系統(tǒng)的接地電阻和回路電阻進(jìn)行測(cè)量，近幾年由于架空地線與桿塔接觸不良和接地螺栓銹蝕，引起回路電阻偏高，雷電通道不暢，造成雷電故障時(shí)有發(fā)生。若接地裝置的接地電阻較高，則按要求進(jìn)行接地改造；當(dāng)桿塔的回路電阻較高時(shí)應(yīng)首先檢查桿塔與接地引下線連接是否牢固可靠，一旦檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其連接部位有銹蝕，應(yīng)及時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施。如110kV三西線#23桿塔2003年發(fā)生雷擊故障，檢查接地電阻合格，通過(guò)查找發(fā)現(xiàn)桿塔與接地引下線連接的螺栓生銹，造成泄雷通道不暢，對(duì)#23桿塔及附近19基類似問(wèn)題的接地螺栓進(jìn)行除銹、打磨并涂導(dǎo)電脂后，運(yùn)行至今，未再發(fā)生雷擊故障。若是避雷線支架與桿塔連接的穿心螺栓與桿塔接觸不好或避雷線金具銹蝕，則應(yīng)考慮另外鋪設(shè)接地引下線。從而避免由于回路電阻偏高，而引發(fā)的雷電跳閘事故。

④改善輸電線路的電氣絕緣。針對(duì)輸電線路的大跨越桿塔/潮濕區(qū)/污穢區(qū)/雷害區(qū)等，應(yīng)在符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加1-2片絕緣子，以提高該段的電氣絕緣水平。

⑤提高線路的防雷水平。應(yīng)在容易出現(xiàn)雷擊的線路段，加裝線路型氧化鋅避雷器，防止絕緣子串閃落，提高輸電線路的防雷性能。如220kV關(guān)鐵線#45塔位于山區(qū)，2010年發(fā)生雷擊故障后，對(duì)#45及前后各五基桿塔進(jìn)行接地電阻改造，將其接地電阻降至7Ω以下，并加裝了塔頭避雷側(cè)針。2011年#45塔再次發(fā)生雷擊故障，考慮其在山區(qū)，屬于雷害嚴(yán)重區(qū)域，在其每相導(dǎo)線上加裝了線路型氧化鋅避雷器后，運(yùn)行至今，未再發(fā)生雷擊故障。

6 結(jié)論

使強(qiáng)大的雷電流安全泄入大地，減少由于雷電流流過(guò)時(shí)造成的桿塔電位升高而引起的線路反擊，是輸電線路防雷的主要目的。雷擊桿塔頂時(shí)，通過(guò)架空地線部分雷電流會(huì)流到相鄰桿塔入地。而另一部分雷電流則經(jīng)自身?xiàng)U塔流入大地。因此，必須采取切實(shí)可行的降阻措施，確保輸電線路桿塔接地系統(tǒng)良好，是防止線路免遭雷擊，降低雷擊事故率的有效措施。

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