輸電線路雷害原因及防雷對策探索

李昊++張麗瑋

摘 要：目前我國輸電線路常用的防雷措施有：安裝避雷針、架設(shè)避雷針、裝設(shè)耦合地線、升高避雷線、使用接地降阻劑等。采用上述操作都可以降低桿塔的雷擊桿率，減弱電流的強(qiáng)度，從而達(dá)到保護(hù)輸電線路的目的。

關(guān)鍵詞：輸電線路；雷害原因；防雷對策

引言

目前，我國大多數(shù)線路故障都是由雷擊引起跳閘的，尤其是山區(qū)的輸電線路，由于山區(qū)地勢高，土壤電阻率高，線路耐雷水平低，所以在雷雨天氣，防雷效果差，使得桿塔雷擊活動頻頻發(fā)生。由于環(huán)境條件的不斷惡化，輸電線路跳閘的故障日漸增加，對我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的影響。

一、雷害原因分析

電力高壓輸電線路避雷線或桿塔遭雷擊時，一部分雷電流通過架空避雷線流向相鄰桿塔入地，另一部分雷電流經(jīng)本桿塔入地釋放，此時桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，規(guī)程上稱沖擊接地電阻。雷擊桿塔雷電流沿桿塔入地排泄時，引起塔頂電位迅速升高，這時塔頂電位Ut與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位U1的差值加上工頻電壓幅值Ux的和，若超過本絕緣子的50%沖擊放電電壓時，則發(fā)生從橫擔(dān)沿絕緣子串對導(dǎo)線的閃絡(luò)，成為反擊雷。

當(dāng)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，這是因?yàn)樵诶纂姺烹姷南葘?dǎo)階段，先導(dǎo)通道中充滿了電荷，它對導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在先導(dǎo)通道附近的導(dǎo)線上積聚大量與雷云極性相反的束縛電荷。由于先導(dǎo)放電發(fā)展速度較慢，導(dǎo)線上沒有明顯的電流，可忽略不計(jì)。當(dāng)雷擊大地，主放電開始后，先導(dǎo)通上的負(fù)電荷自下而上被中和，失去了對導(dǎo)線正電荷的束縛作用。因此，導(dǎo)線上的正電荷形成了自由電荷，并以光速向?qū)Ь€兩側(cè)流動，由于主放電的速度很高，故導(dǎo)線中電流也很大，由此形成過電壓，此過電壓就是感應(yīng)過電壓，實(shí)踐證明，感應(yīng)過電壓幅值達(dá)300-400kV，足以使60-80cm的空氣間隙擊穿或3個XP-70型懸式絕緣子串閃絡(luò)。

二、輸電線路防雷措施

1、架設(shè)避雷線

為了保護(hù)輸電線路，架設(shè)避雷線是最基本和最有效的方法。它起到的效果就是防止雷擊對導(dǎo)線的傷害，同時它還具有以下幾方面的效果：一是可以起到一種分流的作用，可以有效地降低流經(jīng)桿塔中的雷電流，因而可以對塔頂電位起到一個控制的效果。二是避雷線具有耦合作用，可以有效降低線路絕緣子的電壓；三是避雷線具有屏蔽作用，可以減小導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。在輸電線路上安裝這種避雷裝置可以減低系統(tǒng)因雷擊造成的跳閘。

一般情況下，線路電壓越高，那么避雷線起到的作用就越明顯，另外還可以降低避雷線在線路總造價的比值。所以，如果輸電線路電壓等級達(dá)到了110kv及以上的都應(yīng)該架設(shè)避雷線。同時，為了讓避雷線更好的發(fā)揮出屏蔽的作用，降低繞擊率，在設(shè)計(jì)導(dǎo)線邊上的避雷線的保護(hù)角應(yīng)該設(shè)計(jì)的更小一些，通常在20°～30°之間保護(hù)角在15°左右，輸電線路達(dá)到500kv的要采用雙壁雷線。當(dāng)前在輸電線路中架設(shè)避雷線是范圍最廣泛和效果最好的一種方法。所以在雷害嚴(yán)重地區(qū)一定要做好基礎(chǔ)方面的避雷措施。

2、桿塔接地電阻降低

降低接地電阻是高壓輸電線路防雷的另一個有效的防范措施。隨著桿塔接地電阻的增加，高壓輸電線路的耐雷就會隨之降低，隨著電壓等級的升高，桿塔接地電阻作用降低也就越來的明顯。因此，連接桿塔的牢固以及在良好的底線接觸保護(hù)中就能夠讓雷擊產(chǎn)生的電流通過接地裝置順利地流入大地。在接地電阻降低的措施當(dāng)中，還應(yīng)該全面的分析當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形、原本輸電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，從而選擇合理的措施。第一，接地引下線、架空地線應(yīng)該牢固的連接，保證良好的接觸；第二，接地裝置施工質(zhì)量需要嚴(yán)格把關(guān)，確保接地電阻能夠符合最初的設(shè)計(jì)；此外，對于高電阻率的土壤，還可以使用降阻劑，這樣對接地電阻也能夠加以改善，如此才能夠與金屬接地體緊密的接觸在一起，從而才能夠保證電流流通面足夠大，能夠?qū)⒗纂婋娏餮杆俚囊氲酱蟮刂小?/p>

3、增加桿塔絕緣

由于輸電線路個別地段采用高桿塔這就增加了桿塔落雷的機(jī)會。高塔落雷時塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為提高線路絕緣，降低線路跳閘率，對丘陵高桿塔、大跨越及雷擊頻繁的桿塔我們常采用增加絕緣子片數(shù)或更換成防污瓷瓶（或更換成合成絕緣子）的方法以增加絕緣來提高耐雷水平。對檢測出的零值、破損、雷擊絕緣子及時更換。以確保其絕緣水平。用增加絕緣子片數(shù)或更換為大爬距的合成絕緣子的方法來提高線路絕緣，對防止雷擊塔頂反擊過電壓效果較好，但對于防止繞擊則效果較差，且增加絕緣子片數(shù)受桿塔頭部絕緣間隙及導(dǎo)線對地安全距離的限制，因此線路絕緣的增強(qiáng)也是有限的。

4、在易擊段架設(shè)耦合地線

在雷擊事故的多發(fā)區(qū)或者是易擊線路上，選取合適的地方在導(dǎo)線的下方連接一條接地線，這樣就能有效的提高線路的反擊耐雷水平，進(jìn)而減少由雷擊引起的跳閘現(xiàn)象。在對于在運(yùn)行中的線路，適合運(yùn)用架設(shè)耦合地線的措施對輸電線路進(jìn)行有效的保護(hù)。一般而言，根據(jù)導(dǎo)線架設(shè)的位置不同，架設(shè)耦合線路的方法有兩種：直掛式耦合地線和側(cè)面式耦合地線。前者是將地線直接架設(shè)在導(dǎo)線的下方，后者是在線路的兩側(cè)平行架設(shè)，有效增加地線的隱蔽性，可以很好的達(dá)到繞擊防護(hù)效果。

在防雷實(shí)踐中，耦合地線是一種非常有效的防雷技術(shù)。該技術(shù)具有分流的作用的同時，還會增大導(dǎo)線和地線之間的耦合系數(shù)，進(jìn)而減少等值波阻抗和絕緣子上的電壓，進(jìn)而使耐雷的水平提高。同時，在雷擊時將塔桿的電流分流，降低塔頂電位，提高桿塔和導(dǎo)線的地電位，大大提高了輸線電路耐雷水平，很大程度降低跳閘率。

5、安裝線路避雷器

安裝線路避雷器必須考慮經(jīng)濟(jì)性能，盡量減少安裝避雷器數(shù)量又達(dá)到防雷的目的。因此，它與線路的絕緣水平綜合考慮，選擇在輸電線路易擊段或者易擊點(diǎn)上安裝線路避雷器。若線路遭受雷擊，高幅值的電壓波在線路避雷器先放電，保護(hù)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。應(yīng)該選擇在多雷區(qū)，桿塔是易擊桿塔，并且周圍無其他屏蔽建筑物的桿塔為宜。這樣既可以提高線路的耐雷水平又減少繞擊跳閘率，達(dá)到綜合防雷的效果。

金屬氧化物避雷器MOA保護(hù)特性好、通流容量大、動作反應(yīng)快，用于無架空避雷線的110kV線路，效果良好。在輸電線路的終極桿塔上安裝線路免維護(hù)避雷器，對配電線路進(jìn)行保護(hù)，能有效的減少配電線路的雷害過電壓造成的線路故障。但是避雷器的防雷保護(hù)范圍較小。110kV線路型避雷器提高線路耐雷水平有影響，保護(hù)范圍約200m，故在易擊點(diǎn)或者易擊段處桿塔分別加裝間隙性線路避雷器。

在避雷器的選型上應(yīng)選用保護(hù)性能好的氧化鋅避雷器，逐步淘汰碳化硅避雷器，為了保證避雷器適應(yīng)中壓電網(wǎng)的內(nèi)過電壓狀況，不在內(nèi)過電壓下動作損壞，可適當(dāng)提高氧化物避雷器的額定電壓和荷電率。具備防爆脫離功能和免維護(hù)的無間隙金屬氧化鋅避雷器。

在安裝避雷器對線路進(jìn)行保護(hù)的同時，應(yīng)該注意的是避雷器的接地問題：要防止避雷器的接地電阻超標(biāo)問題。避雷器的接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

結(jié)語

眾所周知，雷電活動是隨機(jī)的，對于超高壓輸電線路雷害故障仍是線路故障的主要原因，危害極大。我們應(yīng)深入研究雷害故障機(jī)理，探索故障排查捷徑，根據(jù)不同線路、不同場合采取有效的防雷措施，以確保超高壓輸電線路的安全運(yùn)行。

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