220kV高壓輸電線路的防雷接地技術(shù)研究

摘 要：改革開放以來，我國經(jīng)濟取得了舉世矚目的成果，同時用電量也水漲船高，相應(yīng)的供電安全也自然而然地成為了電力部門工作的重點。本文首先介紹了高壓輸電線路雷擊產(chǎn)生的原因和影響，以及220kV高壓輸電線路防雷的意義和具體原則，之后著重分析了防雷和接地技術(shù)的相關(guān)方法，希望能夠為電力部門的輸電工作提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：220kV；高壓輸電線路；防雷接地；絕緣；避雷器

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0063-02

引 言

人們生活水平的提高，使得日常的用電量顯著增加，這對于高壓輸電線路而言，是一個不小的考驗。尤其是在一些惡劣的天氣條件下，經(jīng)常產(chǎn)生雷擊現(xiàn)象，對輸電系統(tǒng)造成了很大的破壞。那么如何保障供電通暢，順利完成電力供應(yīng)，成為了電力部門需要認(rèn)真落實和解決的問題，下面從高壓輸電線路的防雷接地技術(shù)談起。

1 220kV高壓輸電線路雷擊產(chǎn)生的原因及影響

因為220kV高壓輸電線路大多處于架空狀態(tài)，那么發(fā)生雷擊時，會形成巨大的感生電流，而這股強電流會隨著輸電線路流入到電力系統(tǒng)中，從而對設(shè)備和系統(tǒng)造成損害。雖然目前高壓輸電線路安裝了避雷器以及避雷裝置，但是由于雷擊發(fā)生時間發(fā)生短，這些裝置不能及時作出反應(yīng)，加上殘壓較大，無法保證輸電線路的防雷效果。在雷擊發(fā)生之前，雷云會在導(dǎo)線周圍形成感應(yīng)電荷，向大地放電的過程中將導(dǎo)線中的感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)為自由電荷，從而朝著線路的兩側(cè)進(jìn)行移動，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

受到雷擊后的220kV高壓輸電線路就會發(fā)生短路，導(dǎo)致運輸功能喪失，無法正常進(jìn)行輸電。盡管雷擊發(fā)生的時間很短，但是瞬間就會使得整個輸電線路發(fā)生變化，從而使得居民沒有電可以使用，有些雷擊甚至?xí)θ梭w造成傷害，威脅生命，所以影響十分嚴(yán)重。

2 220kV高壓輸電線路防雷的原則

為了減輕雷擊造成的危害，避免人員傷亡，同時節(jié)約成本，維護國家利益，需要切實做好防雷工作。那么應(yīng)該遵循以下原則，需要根據(jù)不同地區(qū)的輸電情況以及氣候條件采取不同的防雷措施，尤其是要因地制宜地制定科學(xué)可行的防雷方案。同時，對高壓輸電線路進(jìn)行分段評估，做出應(yīng)急預(yù)案，從而針對性地采取應(yīng)急措施。但是需要注意的是，雷擊發(fā)生的情況比較隨機，預(yù)測并不十分準(zhǔn)確，加上土壤電阻率各有不同，所以需要靈活運用防雷技術(shù)。

3 220kV高壓輸電線路的防雷技術(shù)

3.1 設(shè)置接閃桿

因為桿塔側(cè)向的接閃桿吸引雷電的能力較強，并且能夠擴大避雷線的保護區(qū)域。如果遇到雷云放電，那么在一定的距離之內(nèi)，接閃桿能夠及時調(diào)整電場的移動方向，從而將雷云中的大部分電荷集中在接閃桿附近，之后進(jìn)行集中釋放。需要說明的是，接閃桿的優(yōu)點比避雷線的優(yōu)點大，尤其是它的造型特殊，這種針型結(jié)構(gòu)能夠增強對于地空中弱雷的吸引，進(jìn)而降低雷電效果。

3.2 鋪設(shè)避雷線

眾所周知，預(yù)防高壓輸電線路發(fā)生雷擊的有效手段就是鋪設(shè)避雷線。避雷線主要有兩方面的作用：①能夠?qū)⒗纂娺M(jìn)行分流，將大部分雷電引到遠(yuǎn)離輸電線路的范圍，從而間接保護輸電線路。②對于雷電在輸電線路中產(chǎn)生的電流，避雷線能夠進(jìn)行分散和引流，進(jìn)而降低損害程度。同時因為導(dǎo)線本身的耦合性，能夠被避雷線充分利用，之后降低電壓，減少電壓過高發(fā)生感應(yīng)的情況。而且避雷線的成本不高，并且在220kV高壓輸電線路中防雷的效果突出，所以現(xiàn)在大多數(shù)高壓輸電線路都選擇鋪設(shè)避雷線作為防雷的基本和重要方式。

3.3 增強絕緣性

如果220kV輸電線路的桿塔距離地面越遠(yuǎn)，那么發(fā)生雷擊的概率就越大，相應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流也越大，所以一般都選擇高度在35m左右的桿塔，這樣能夠確保雷擊造成的損失在可以控制的范圍內(nèi)。但是不可以大范圍地使用桿塔對高壓輸電線路進(jìn)行架空，因為一旦發(fā)生雷擊，可能發(fā)生連鎖反應(yīng)，所以需要適當(dāng)?shù)卦跅U塔中加入絕緣子，保證桿塔的高度與絕緣子的數(shù)量成正比。

3.4 不平衡法則

由于目前大部分220kV高壓輸電線路為了節(jié)約占地面積，都采取同桿架設(shè)的方法，這樣就不可避免地發(fā)生雙回路的現(xiàn)象。那么如何區(qū)別雙回路絕緣子串片呢？就需要合理運用絕緣方式中的不平衡法則，進(jìn)而使其差異性更加明顯。而避雷器是一種保護電氣設(shè)備免受雷擊產(chǎn)生的高瞬態(tài)過電壓危害，并且能夠限制續(xù)流時間的電器，通常在電網(wǎng)導(dǎo)線與地線之間進(jìn)行連接，是一種常用的防雷設(shè)備，避雷器安裝情況如圖1所示。

做個簡單的說明，如果發(fā)生雷擊，那么高壓輸電線路中的絕緣子串片數(shù)量越少，就越容易發(fā)生閃絡(luò)，而且這種效果與地線并沒有太大差別，所以能夠很好地提升另一根導(dǎo)向的耦合性，從而提高輸電線路整體的防雷性。一般而言，兩條線路的絕緣比不能過大或者過小，科學(xué)的比例應(yīng)該在1：15左右，高于這一比例會造成線路故障，而低于這一比例則起不到很好的防雷效果。有鑒于此，必須合理安裝線路，科學(xué)確定比例以及絕緣子的片數(shù)[1]。

3.5 安裝重合閘

220kV高壓輸電線路有一個明顯的特點，就是本身具有修復(fù)性，如果發(fā)生雷擊，短時間內(nèi)可以解決雷電引起的部分問題，其中較大的問題有閃絡(luò)、跳閘等，這樣能夠在一定程度上保證了線路的安全。而通過安裝自動重合閘裝置，能夠更好地對故障進(jìn)行分析和判斷，從而確定故障的類型，是短期臨時故障，還是長期永久故障，進(jìn)而針對性地進(jìn)行解決。以往很多發(fā)生雷擊的輸電線路都是單相閃絡(luò)，這樣就可以直接安裝重合閘，從而降低雷電造成的危害，減少損失。

4 220kV高壓輸電線路的接地技術(shù)

4.1 耦合地線

如果接地電阻在降低方面比較困難，那么就可以選擇架設(shè)耦合接地線的方法進(jìn)行調(diào)整。比如在導(dǎo)線的下方增加接地線，之后增強耐雷效果，進(jìn)而降低跳閘故障發(fā)生的概率。而且耦合接地線能夠減少桿塔的分流，并且對于那些接地電阻率比較高的雷電感生電流，能夠使其在臨近接地裝置時進(jìn)行分流，從而減少感應(yīng)電壓的作用。另外，耦合接地線可以加強導(dǎo)線和地線之間的耦合度，降低雷擊對絕緣子的破壞程度。

4.2 接地電阻

如果降低了桿塔的接地電阻，那么就可以有效地減少流經(jīng)塔頂?shù)碾妷?，從而減緩沖擊，保護高壓輸電線路，而且不容易發(fā)生跳閘現(xiàn)象。一般情況下，接地的電阻與土壤本身的電阻率有著很大的關(guān)系，并且和接地電極的形式也有不小的聯(lián)系。也就說是，在已經(jīng)安裝接閃桿后，高壓輸電線路在面對土壤電阻低于100時，接地電阻不應(yīng)該高于10；而土壤電阻低于500時，接地電阻不應(yīng)該高于20；如果土壤電阻低于1000時，接地電阻不應(yīng)該高于30；如果土壤電阻低于2000時，接地電阻不應(yīng)該高于40，所以可以改變土壤的電阻率，從而調(diào)整接地電阻的大小[2]。

4.3 垂直地級

在進(jìn)行220kV高壓輸電線路的假設(shè)和安裝過程中，經(jīng)常會遇到土壤接地質(zhì)量不佳的情況，那么為了緩解和優(yōu)化這一問題，需要安裝垂直地級。但是垂直地級的安裝情況復(fù)雜，需要注意的問題也比較多：①如果遇到鐵塔，那么垂直地級的安裝需要與桿塔的距離保持在7～8m之間。②如果是水泥的桿塔，那么桿塔的垂直地級要與桿塔本身保持3m以上的距離，但是不能超過5m。至于垂直地級的加工，可以采取角鋼的形式，長度保持在2m以上，每個垂直地級之間應(yīng)該相隔5m左右。③如果土壤的電阻較高，那么就需要加深地級的掩埋深度，如果情況特殊，可以在1m以下。④如果遇到坡地，那么安裝地級之間必須做好實地測量，并且根據(jù)地表的不同深度合理計算尺寸，防止夏季降雨以及山洪等對垂直地級造成干擾和破壞，典型垂直地級的接地情況如圖2所示。

4.4 消弧線圈

這種接地技術(shù)在一些雷電活動頻發(fā)、接地電阻異常高的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了很好的效果。顧名思義，消弧線圈是一種帶著鐵芯的電感線圈，遇到雷擊后，這種電感線圈能夠迅速降低放電處的電壓，從而有效地避免高壓輸電線路受到大的破壞。值得一提的是，即使二相和三相遇到雷擊時，一相導(dǎo)線也不會發(fā)生跳閘，而且各個線路之間的耦合作用也使得絕緣子電壓沒有升高，從而提高了高壓輸電線路的防雷抵抗能力。

4.5 電磁感應(yīng)

先不考慮實際情況，根據(jù)理論結(jié)果，能夠發(fā)現(xiàn)耦合系數(shù)的升高以及接地電阻的降低都不約而同地起到了防雷的效果。而且耦合系數(shù)的提高與架空和耦合地線息息相關(guān)，加上實際情況中電磁感應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，可以提高耦合系數(shù)，所以這給我們帶來的啟示是：可以適當(dāng)強化電磁感應(yīng)桿塔接地的射線方式，也可以升級接地裝置，只要是提高了電磁的耦合系數(shù)，就能夠在一定程度上提高220kV高壓輸電線路的防雷能力[3]。

5 結(jié) 論

綜上所述，220kV高壓輸電線路的防雷工作比較復(fù)雜，不是一蹴而就的事情，需要持之以恒，因地制宜地采取合適的防雷接地技術(shù)，從而保障線路的穩(wěn)定與安全。通過本文上述的探究，能夠為相關(guān)的工作提供切實可行的辦法，而且這些技術(shù)易于操作，針對性較強，并且涵蓋范圍較廣，很大程度上能夠起到良好的防雷效果，這對于我國電力行業(yè)的發(fā)展大有裨益。

參考文獻(xiàn)

[1]胡 煉，王 振，勾建磊.220kV高壓輸電線下電場分布分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，8（02）：91～94.

[2]向永康.分析高壓輸電線路的防雷保護及其絕緣配合[J].通訊世界，2018（09）：143～144.

[3]楊 軍.關(guān)于220kV高壓輸電線路防雷接地的探討[J].中國新通信，2018，20（17）：130.

收稿日期：2018-9-7

作者簡介：陳耀坤（1979-），男，助理工程師，本科，主要從事輸電線路運維檢修工作。