山區(qū)超高壓輸電線路運(yùn)行中新型防雷措施及其效果

呂智

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電力的需要量不斷增加，為了有效滿足電力供應(yīng)的要求，各種電力工程越來(lái)越多，尤其是各種山區(qū)超高壓輸電工程數(shù)量和規(guī)模不斷得到增長(zhǎng)。由于山區(qū)環(huán)境的特殊性，在這些超高壓線路實(shí)際工作的過(guò)程中，非常容易遭受到雷擊的危害，對(duì)各種電力設(shè)備和其中儀表設(shè)備的正常工作，造成非常大的影響，甚至造成電力設(shè)備的損壞。為此，文章對(duì)山區(qū)超高壓輸電線路運(yùn)行中新型防雷措施及其效果進(jìn)行探討，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，可以起到有力的作用。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；超高壓輸電線路；新型防雷措施

中圖分類號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）35-0131-02

Abstract： With the development of economy in our country， the demand for electric power is increasing. In order to meet the demand of electric power supply effectively， more and more electric power projects are needed， especially the number and scale of EHV transmission projects in mountainous areas. Because of the particularity of the mountain environment， in the actual working process of these EHV lines， it is very easy to suffer from the harm of lightning strike， which has a very great impact on the normal work of all kinds of power equipment and its instrumentation equipment and even caused damage to electrical equipment. Therefore， this paper will discuss the new lightning protection measures and their effects in the operation of EHV transmission lines in mountainous areas， in order to play a strong role in promoting the development of power industry in our country.

Keywords： mountain area； EHV transmission line； new lightning protection measures

1 概述

山區(qū)超高壓輸電運(yùn)行管理一直是輸電工作中的難點(diǎn)，在其實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，由于線路地勢(shì)位置比較高，因此非常容易遭受到雷擊的傷害，會(huì)直接引起雷擊跳閘事故，對(duì)輸電線路的正常運(yùn)行，會(huì)造成非常大的影響。在傳統(tǒng)防雷措施的采用過(guò)程中，雖然可以有效降低雷擊造成的各種事故發(fā)生率，但還是不能完全避免。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型的防雷技術(shù)，通過(guò)積極將這些技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的山區(qū)高壓輸電防雷工作中，可以起到比較好的防雷效果[1]。

2 雷電的成因和主要形式

雷電是一種正常的自然現(xiàn)象，在夏季時(shí)非常多見，地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷上升到高空，非常容易形成積雨云，其中往往聚集著大量的正電荷或者負(fù)電荷，非常容易形成雷雨云。由于受到高空電荷的影響，在云底也會(huì)感應(yīng)出反極性的電荷。經(jīng)過(guò)內(nèi)部持續(xù)的碰撞，上層的正電荷量越來(lái)越大，下層的負(fù)電荷量也持續(xù)增加，兩層之間的電場(chǎng)強(qiáng)度也在不斷增加，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)一定的值后，就容易引起強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，形成雷云中放電，這就是所謂的雷電[2]。

雷電按其作用形式分為直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷造成的危害往往比較直觀，會(huì)引起燃燒和火災(zāi)等現(xiàn)象。為了有效防止該現(xiàn)象的產(chǎn)生，可以采用避雷針、避雷器、避雷帶、避雷網(wǎng)等來(lái)進(jìn)行防護(hù)。感應(yīng)雷其影響沒(méi)有那么直接，但其發(fā)生幾率也依然很高，各種形式的雷電，都有可能會(huì)引發(fā)感應(yīng)雷。感應(yīng)雷在發(fā)生的瞬間，會(huì)在局部空間內(nèi)，感應(yīng)出強(qiáng)度比較高的磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)一定的值，就會(huì)造成電氣設(shè)備的損壞，甚至造成永久性的損壞，嚴(yán)重影響到設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，直接會(huì)造成通訊設(shè)備的中斷。在儀表自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷中，主要是預(yù)防感應(yīng)雷的發(fā)生，其危害最大，往往會(huì)直接造成系統(tǒng)的癱瘓甚至失靈[3]。

3 山區(qū)超高壓輸電線路新型保護(hù)措施

對(duì)于山區(qū)超高壓輸電線路來(lái)說(shuō)，由于海拔位置較高，山體的坡度較大，常規(guī)的防雷措施效果往往不是那么顯著，對(duì)繞擊雷防范作用更是有限，雷擊事故率往往較高。通過(guò)相關(guān)研究人員最近幾年不懈的努力，現(xiàn)在出現(xiàn)了一些新型的防雷措施。

合理對(duì)輸電線路的絕緣配合。在絕緣配合的選擇過(guò)程中，一定要合理考慮各種電氣設(shè)備的耐壓等級(jí)、保護(hù)裝置的特性和設(shè)備的耐壓特性，有效確定設(shè)備的必要絕緣等級(jí)。（1）架空送電線路的絕緣配合設(shè)計(jì)，這可以有效解決桿塔和檔距中央各種可能放電途徑的絕緣選擇和它們之間的相互配合問(wèn)題。其通常包括對(duì)桿塔進(jìn)行合理的絕緣配合設(shè)計(jì)、檔距中央導(dǎo)線及避雷線間的絕緣配合設(shè)計(jì)、做好檔距中央導(dǎo)線對(duì)地和各種被跨越物的絕緣配合設(shè)計(jì)、做好檔距中央不同導(dǎo)線之間的絕緣配合設(shè)計(jì)。（2）對(duì)絕緣串片的數(shù)量進(jìn)行合理選擇。為了保證絕緣子可以滿足其輸電的具體要求，要求其具有一定的強(qiáng)度，其電氣絕緣強(qiáng)度也應(yīng)該滿足實(shí)際的使用要求，對(duì)絕緣片子數(shù)量的選擇，應(yīng)該讓其滿足操作過(guò)電壓的要求。通過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，耐張絕緣子串的電氣強(qiáng)度要比懸垂絕緣子串的要高一些，因此在實(shí)際使用過(guò)程中，同一電壓等級(jí)的耐張絕緣子串應(yīng)該比懸垂絕緣子多1到2片。

雷電定位系統(tǒng)的使用。根據(jù)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，山區(qū)雷電事故的發(fā)生往往集中在某一些固定的區(qū)域，如果可以有效掌握這些區(qū)域的具體位置，就可以直接采取針對(duì)性的措施。雷電定位系統(tǒng)是伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，而產(chǎn)生的一種新防雷措施，其可以有效定位某一區(qū)域年雷電現(xiàn)象發(fā)生的具體位置，是一種自動(dòng)化、全天候的雷電計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)閃電回?fù)糨椛涞穆暋⒐?、電磁特性?lái)對(duì)閃電進(jìn)行遙測(cè)的，是一種監(jiān)測(cè)雷電發(fā)生的自動(dòng)化氣象探測(cè)設(shè)備，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，其對(duì)雷電的定位精度越來(lái)越高。

安裝線路性避雷器。通過(guò)在全線架設(shè)避雷線，雖然能夠有效降低過(guò)電壓現(xiàn)象的發(fā)生，但還是無(wú)法完全避免。如果想要完全避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，就應(yīng)該安裝線路型避雷器，其能夠有效將雷擊電流導(dǎo)入到地下，從而避免了電壓的異常升高，有效保障線路和設(shè)備的安全。在實(shí)際的防雷工程中，雷電流強(qiáng)度、線路絕緣子一半的放電電壓和塔體的沖擊接地電阻是影響線路耐雷水平的重要因素。線路位置和當(dāng)?shù)氐拇髿鈼l件，會(huì)直接影響雷電流的強(qiáng)度，線路的放電電壓在線路建成后，其是保持不變的。通過(guò)給輸電線路加裝避雷設(shè)備后，一旦線路遭受到雷擊，很大一部分電流會(huì)經(jīng)過(guò)避雷線路流入到相鄰的桿塔中，其中的大部分電流是通過(guò)避雷器流入到導(dǎo)線中，并傳播到相鄰的桿塔中。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時(shí)，由于電磁感應(yīng)的作用，會(huì)在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生一定的耦合分量。由于避雷器分流電流值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于避雷線中的分流電流，這種分流的耦合作用，將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線的電位身高，有效降低導(dǎo)線和桿塔之間的電壓差，能夠有效避免絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)生。因此，采用線路避雷器具有非常好的鉗電位作用，這也是線路避雷器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。

通過(guò)國(guó)內(nèi)外先關(guān)工程實(shí)踐表明，線路防雷用的金屬氧化物避雷器在防止雷擊導(dǎo)線方面，作用效果非常顯著。通過(guò)在500kV輸電線路外相安裝一支避雷器，可以有效避免由于繞雷引發(fā)的絕緣閃絡(luò)現(xiàn)象，可以在很大程度上提升線路反擊雷的能力。

4 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的防雷

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在實(shí)際山區(qū)超高壓輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越多。通過(guò)避雷器的使用，雖然可以在很大程度上避免對(duì)輸電線路設(shè)備造成損壞，但還是會(huì)對(duì)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的正常工作造成非常大的影響。在雷電發(fā)生的過(guò)程中，其會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾，很容易導(dǎo)致各種電氣儀表的工作失靈，造成通信線路的中斷，對(duì)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成非常大的影響。

干擾的傳播主要分為傳導(dǎo)方式和輻射方式。電磁在傳導(dǎo)的過(guò)程中，可以利用電阻、電容、電感作用傳播渠道。輻射方式主要是以電磁波的形式進(jìn)行傳遞的，在實(shí)際的繼電保護(hù)干擾中，往往它們是同時(shí)存在的。電磁干擾在敏感設(shè)備回路或裝置端口的作用通常會(huì)分為共模干擾和差模干擾。共模干擾往往會(huì)直接造成電路端口對(duì)地的電位差。差模干擾往往是指同一回路中的電線之間形成電位差。我們?cè)趯?shí)際的抗干擾設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)干擾現(xiàn)象的不同，采用不同的抗干擾技術(shù)。

合理安裝浪涌保護(hù)器。在儀表控制系統(tǒng)的正常工作過(guò)程中，一旦雷擊電流進(jìn)入到了系統(tǒng)，由于其電流值較大，很容易造成內(nèi)部電子元件的擊穿。為了有效防止該情況的發(fā)生，我們可以采用浪涌保護(hù)器，其可以自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部電流的大小，如果電流值超過(guò)一定的量，就會(huì)對(duì)電流回路進(jìn)行有效切換，將強(qiáng)大電流直接導(dǎo)入到地下，并將輸出電壓鉗制到一個(gè)安全水平上，雖然不能阻止雷電的發(fā)生，但可以有效減少其造成的破壞。其在實(shí)際工作過(guò)程中，通過(guò)電流回路的控制，可以將竄入電力線、信號(hào)線的瞬態(tài)電壓限制在一個(gè)比較小的范圍，避免高壓擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)其中電力電子設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)。

經(jīng)過(guò)大量的研究發(fā)現(xiàn)，干擾信號(hào)和實(shí)際控制信號(hào)在規(guī)律上往往有非常大的區(qū)別，干擾信號(hào)的持續(xù)時(shí)間往往較為短暫，且信號(hào)的穩(wěn)定性不高。為了有效將干擾信號(hào)有效識(shí)別出來(lái)，可以采用高效的智能信號(hào)識(shí)別算法，當(dāng)傳感器將這些信號(hào)采集過(guò)來(lái)后，并不會(huì)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作，而是通過(guò)智能微處理芯片，采用干擾信號(hào)排除算法，對(duì)這些信號(hào)加以甄別，如果發(fā)現(xiàn)是干擾信號(hào)，其就不會(huì)進(jìn)行動(dòng)作，只有判定為正常的控制信號(hào)后，才會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，讓數(shù)據(jù)在系統(tǒng)工作中發(fā)揮作用，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，干擾信號(hào)的判別經(jīng)常采用的是遺傳算法和模糊邏輯等技術(shù)。我們還可以將采樣定理應(yīng)用在對(duì)干擾信號(hào)的識(shí)別當(dāng)中，如果信號(hào)可以持續(xù)在2毫秒內(nèi)保持穩(wěn)定，其幅值穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)的百分之五，就可以認(rèn)定為有效信號(hào)，借此將干擾信號(hào)有效甄別出來(lái)。

5 實(shí)際應(yīng)用案例

由于內(nèi)蒙古地區(qū)的整體海拔高度較高，很多超高壓輸電線路會(huì)直接建設(shè)在人煙稀少的山區(qū)，再加上該地區(qū)風(fēng)沙天氣較多，雷擊跳閘事故率往往較高。為了有效改善這一現(xiàn)象，我們采取了如下的措施：（1）通過(guò)考慮山區(qū)輸電線路絕緣配合以及遭受雷擊過(guò)電壓的實(shí)際情況，可以酌量增加絕緣子的數(shù)量。（2）可以通過(guò)在桿塔上加裝避雷器，這是一種非常適用的防雷措施。通過(guò)對(duì)線路避雷器的適用，可以有效降低桿塔對(duì)接地電阻的要求，這樣可以有效降低雷擊跳閘事故發(fā)生的幾率，提高線路的防雷耐壓水平。

6 結(jié)束語(yǔ)

山區(qū)超高壓輸電，由于環(huán)境的特殊性，非常容易引起雷擊跳閘事故，對(duì)輸電可靠性造成非常大影響。針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)防雷技術(shù)的不足，應(yīng)該積極加大對(duì)新型防雷技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高線路的防雷效果。

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