噴射氣流滅弧防雷裝置

韋松直

摘要：電力系統(tǒng)中，為了滿足電力的穩(wěn)定和安全，給用戶良好質(zhì)量的電力，防雷擁有舉足輕重的意義。防雷可防止雷電過電壓對人身或設(shè)備產(chǎn)生危害，滿足電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備的安全運行，提供更穩(wěn)定安全的供電，防雷可減少電力在傳輸途中受到雷電的影響，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，提供給用戶質(zhì)量優(yōu)良的電力。本文引王巨豐教授的噴射氣流滅弧防雷間隙裝置講述新的防雷方式。

關(guān)鍵詞：間隙防雷；氣流滅?。环览籽b置

雷電一般在對流發(fā)展旺盛的積雨云中產(chǎn)生，其對流等過程產(chǎn)生電荷，上部以正電荷為主，下部以負電荷為主，上、下部形成電位差。當電位差達到一定程度，產(chǎn)生放電，這就是常見的閃電現(xiàn)象。雷電的種類有直擊雷、雷電波侵入、過電壓、內(nèi)部過電壓、雷電反擊。雷電對大地和大地上的突出物體的放電，會對物體或者人身產(chǎn)生危害，特別是對電力系統(tǒng)而言，就有十分的嚴重，因此，防雷在電力系統(tǒng)中就擁有非常重要的意義。

1雷電的種類

（1）直擊雷是帶電云層與大地、建筑物、防雷裝置或其它物體之間發(fā)生的迅速放電現(xiàn)象；（2）雷電波侵入是指由于架空線路或金屬管道對雷電的傳導的作用；（3）感應過電壓，雷電過程中，其通道周圍電磁場劇烈變化而在相鄰近的線路上或電力設(shè)備上感應出的過電壓；（4）內(nèi)部過電壓是指電力系統(tǒng)內(nèi)部由于故障、斷路器操作或其它因素使電力線路或都設(shè)備回路上引起的電磁能相互轉(zhuǎn)換與傳遞而引起的電壓升高過程；（5）雷電反擊指的是遭受直擊雷的金屬，金屬引雷電進入大地時，在它的接地導體上會產(chǎn)生超高的電壓，這個電位差引起閃絡(luò)，這一放電的現(xiàn)象叫雷電反擊。

2防雷的理念及特點

在電力系統(tǒng)中，雷擊造成絕緣擊穿事故占大多數(shù)，而其中的大部分雷擊都集中在架空輸電線路上，雷電通過輸電線路傳送到發(fā)電廠或變電站，也會給發(fā)電廠或變電站帶來一定的影響。為了防止雷電直擊線路和擊穿絕緣，我國采取了一系列防雷措施，其防雷的理念大體分為建弧抑制和閃絡(luò)抑制兩部分[2]。

2.1建弧抑制

現(xiàn)代建弧抑制的主要避雷方式有消雷，安裝避雷針、引下線、接地，屏蔽和滅弧。

（1）消雷就是在保護的范圍內(nèi)沒有雷電的擊閃，如半導體消雷器；（2）避雷針又名防雷針，避雷針可以引導雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊；（3）屏蔽是在電力傳輸?shù)倪^程對電力線路進行屏蔽，一是在電力線路外包敷一層屏蔽層，=將線路直接鋪設(shè)在遠離雷擊的地方，最常用的方法是埋設(shè)地下電力線纜；（4）在建弧過程中滅弧，滅弧過后，間隙之間介質(zhì)、絕緣器材恢復原本的強度。

2.2閃絡(luò)抑制

閃絡(luò)是指固體絕緣子周圍的氣體或液體電介質(zhì)被擊穿時，高電壓沿固體絕緣子表面放電的現(xiàn)象，通過抑制絕緣子表面閃絡(luò)的產(chǎn)生來保護設(shè)備。

3防雷的技術(shù)措施及特點

防雷技術(shù)就是要求防止和保護對人物不受雷擊，在各種可能傳輸和感應雷電的路徑上實施防雷措施，防止雷電對電氣設(shè)備和系統(tǒng)的損害，保證人、電氣設(shè)備的安全?，F(xiàn)階段電力系統(tǒng)中的主要防雷技術(shù)措施及特點有：

3.1架設(shè)避雷線

在導線上方，架設(shè)避雷線來防止雷擊。避雷線能防止雷電直擊導線，避雷線在線路最頂端，雷電會首先擊中避雷線，通過引下線、接地等導入大地，線路遭受直擊雷影響。一般防雷線路長，其直接或間接地增加電網(wǎng)建設(shè)、維護成本。

3.2架設(shè)耦合地線

在導線下面架設(shè)耦合地線，通過耦合作用，降低絕緣子串上的電壓。線路架設(shè)耦合地線一般只適用于丘陵、山區(qū)、跨越檔和降低桿塔接地電阻困難的地區(qū)。

3.3降低輸電線路接地電阻

降低輸電線路接地電阻可以降低雷擊輸電線路桿塔時的對地電位，防止雷電反擊。降低桿塔接地電阻對桿塔材質(zhì)和新技術(shù)有較高要求.需要投入人力和財力較多，更換桿塔成本高。

3.4安裝線路避雷器

線路避雷器與線路絕緣子并聯(lián)，通過殘壓的鉗電位防止絕緣子閃絡(luò)，吸收過電壓的能量，保證線路的絕緣。線路避雷器投資較大，因此主要安裝在線路運行工況復雜、雷電活動強烈、易遭受感應雷等過電壓的地點。

4現(xiàn)階段防雷的效果及原因

輸電線在絕緣水平和耐雷擊能力都比較低路，雷擊跳閘事故大多數(shù)也都是由輸電線路引起。在國內(nèi)高壓輸電線路跳閘事故中，約占總跳閘事故60%的事故都是由雷擊引起的線路跳閘事故；在國外輸電線路中，雷電引起的事故一般也占總事故的50%以上，雷擊嚴重影響高壓輸電線路安全運行[3]。從上面數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)階段防雷的效果仍然不太理想，其防雷措施的防雷效果也會受線路的耐雷水平、線路匹配和降低雷擊跳閘率影響，同時，還受到防雷器材和防雷安裝成本的影響，防雷效果一直很難得到有效提升。

5噴射氣體滅弧防雷間隙裝置

現(xiàn)階段輸電線路的防雷措施一般是是裝設(shè)消弧線圈，允許線路上一定數(shù)量絕緣子串閃絡(luò)，同時利用自動重合閘來消除閃絡(luò)事故實現(xiàn)防雷效果，但效果都不太理想。為了對電力系統(tǒng)防雷水平進行提高，在廣西大學電氣工程學院王巨豐教授帶領(lǐng)下不斷研究下，研制出的新型防雷裝置——噴射氣體滅弧防雷間隙裝置。

5.1防雷原理

目前并聯(lián)間隙防雷裝置中，通常以增加絕緣子串長度來增加爬電距離，這種方式致使保護間隙滅弧能力降低，電弧時間較長，長時間的電弧容易燒壞間隙金屬，甚至會燒斷輸電線路，提高線路故障率，降低輸電線路供電的穩(wěn)定性。因此，根據(jù)“疏導型”防雷理念，研制出了一種噴射氣體滅弧防雷間隙裝置，其設(shè)計理念是抑制閃絡(luò)率，基于間隙防雷而抑制工頻電弧建弧率來達成防雷的目的。

在雷電直接擊中輸電線路時，因雷電的高電壓，造成絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象時，雷電流數(shù)十微秒內(nèi)就可以大量能量施放，工頻電流經(jīng)過雷電流放電通道進入大地，造成線路跳閘。在輸電線路遭受雷擊時，工頻續(xù)流電流有數(shù)次過零點，裝置在電流為零的時間內(nèi)，以裝置與絕緣子串并聯(lián)防雷間隙來定位雷電沖擊放電路徑，引電流擊穿，在放電路徑引噴射氣體吹斷電弧。放電路徑在強氣流作用下，移除路徑上電弧的電離產(chǎn)物，冷卻電弧溫度，在強大的氣流沖擊下，電弧等離子也會被拉長，無法維持熱游離狀態(tài)，在繼電保護動作響應之前，快速熄滅雷電擊穿后空氣間隙工頻續(xù)流電弧，防止重燃，疏導雷電間隙工頻續(xù)流電弧，切斷工頻續(xù)流電弧，達到滅弧的功能。同時，噴射氣體滅弧防雷間隙裝置還能將雷電荷引導入大地之中，使輸配電線路雷擊閃絡(luò)也不會跳閘，在降低保護動作產(chǎn)生的雷擊跳閘率的同時又能保護絕緣子串和輸電線路安全，提高電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定和可靠性。