高壓輸電線防雷過程中存在的問題及改進(jìn)措施

陳勝強(qiáng) 馬廣俊 邵志宏

摘 要：本文分析了雷電對輸電線路運(yùn)行造成的危害，在現(xiàn)有輸電線路防雷研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了雷擊輸電線路桿塔的計算，通過對輸電線路耐雷水平的計算，全面剖析了電力系統(tǒng)中如何提高輸電線路的防雷水平，從而有效降低輸電線路雷擊跳閘率，減少雷電對電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。

關(guān)鍵詞：輸電線路;防雷;雷電過電壓;反擊;耐雷水平

0引言

本文探討了在實際運(yùn)行情況中影響輸電線路耐雷水平的各種因素，包括：架設(shè)避雷線、桿塔的接地電阻、裝設(shè)避雷器、架設(shè)耦合地線及線路的絕緣配合等因素。深入分析了這些因素影響線路耐雷水平的機(jī)理，從而可以有針對性地采用防雷措施，提高線路的耐雷水平，降低線路的雷擊跳閘率。在輸電線路防雷設(shè)計中，合理選擇輸電線路的路徑、在變電站內(nèi)裝設(shè)自動重合閘裝置，也可以降低輸電線路的雷擊跳閘率。

1 ?主要防雷措施及存在的問題

1.1 ?主要防雷措施

目前，國內(nèi)輸電線路的防雷措施主要有以下幾種：

（1）合理選擇線路路徑;

（2）架設(shè)避雷線;

（3）降低桿塔的接地電阻;

（4）架設(shè)耦合地線;

（5）合理選擇輸電線路的絕緣配合;

（6）安裝線路型避雷器;

（7）裝設(shè)自動重合閘裝置。

1.2 ?存在問題

通過調(diào)查分析認(rèn)為，目前線路防雷技術(shù)措施對于降低線路的雷擊跳閘率及事故率是起到了一定的效果。但是，在一些特殊地理環(huán)境中的線路，由于維護(hù)困難，采取措施不當(dāng)?shù)纫蛩兀览仔Ч?，?dǎo)致一些線路的雷擊跳閘和事故率歷年來居高不下，存在的主要問題：

（1）在土壤含鹽量高的地區(qū)，由于土壤電阻率高，按接地規(guī)程《交流電氣裝置的接地》（DL/T621.1997）171要求，桿塔接地電阻值不宜大于30Q，但要降低其電阻值難度比較大，雖然投入大量資金進(jìn)行接地改造，往往效果不理想。

（2）山區(qū)線路，一般均處在高山峻嶺之中，由于地形條件決定了線路的大高差、大擋距，存在線路保護(hù)角偏大，屏蔽效果差，線路的雷擊跳閘率較平地大。對已投入運(yùn)行的線路實施鐵塔結(jié)構(gòu)改善，存在一定的困難。

（3）在采用線路避雷器保護(hù)措施時，由于對線路的雷害特點分析不夠，對線路避雷針器的性能及保護(hù)效果了解不夠，安裝避雷器時存在一定的盲目性，選點不合適，有時達(dá)不到應(yīng)有的效果。

2 ?輸電線路雷電過電壓現(xiàn)象及分析

2.1 ?雷電過電壓現(xiàn)象

雷電現(xiàn)象雖然十分復(fù)雜，但從分析其后果的角度來看，又可簡單將其看成是一個電流行波沿空中通道注入雷擊點，在擊中導(dǎo)線后即分為左右兩路繼續(xù)前進(jìn)。伴隨著電流行波一同前進(jìn)的還有電壓行波，它們構(gòu)成了以接近光速傳播著的電磁波。

電壓行波u和電流行波i的比值Z=u/i，就是該通道的波阻抗，一般取3000 對于導(dǎo)線或避雷線，大約為 300-4000 。當(dāng)雷擊桿塔頂部時，由于塔腳接地電阻R很小，于是出現(xiàn)反射現(xiàn)象。假設(shè)R=O，則無論如何塔頂都不會出現(xiàn)對地電壓，這時隨同電流波一同侵入的電壓行波，就只好改變其極性后再由原通道反射回去，才能正、負(fù)抵消，保證塔頂?shù)牧汶娢粻顟B(tài)。但伴隨這個向回反射的電壓行波還有一個電流行波返回去。由于R=O，電流將發(fā)生正的全反射，其結(jié)果相當(dāng)于二倍的電流疊加在一起。從被擊物看來，電壓消失了，電流增加了一倍。

2.2雷電感應(yīng)過電壓

如果雷沒有直接擊中輸電線路的導(dǎo)線，而是擊千線路附近的地面，或者擊中避雷線、桿塔頂部，由千電磁感應(yīng)，會在導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓，我們稱之為感應(yīng)過電壓。

雷擊于架空線路附近地面，根據(jù)理論分析和實測結(jié)果，《規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)雷擊點距架空線路S> 65米處，雷云對地放電時，線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓按下式計算：

U≈25

由于感應(yīng)過電壓一般很少達(dá)到500-600kV，故對60kV及以上線路，感應(yīng)過電壓一般不會引起閃絡(luò)。

3 ?提高輸電線路防雷水平的措施

對于高壓架空輸電線路，為了預(yù)防或限制雷電的危害，采用了一系列防雷措施和防雷保護(hù)裝置。但是這些措施在實際運(yùn)用中由于使用不當(dāng)，出現(xiàn)了措施的失效問題，使原有線路的防雷水平并沒有提高，嚴(yán)重威脅電力網(wǎng)的安全運(yùn)行。通過上述的計算方法及對雷電過電壓的計算可以得到下面幾種科學(xué)的防雷措施。

3.1架設(shè)地線并減小地線保護(hù)角

地線是送電線路最基本的防雷措施，地線在架空線路防雷方面起到重要作用：防止雷電直擊于導(dǎo)線;在雷擊塔頂時對雷電流有分流作用，減少經(jīng)過桿塔泄入大地的雷電流，從而降低了塔頂電位：對導(dǎo)線有耦合作用，可降低雷擊桿塔時塔頭絕緣（絕緣子串和空氣間隙）上的電壓;對導(dǎo)線還有屏蔽作用，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。綜合以上功能，架設(shè)地線可大幅降低線路絕緣承受的電壓。

3.2降低桿塔的接地電阻

路桿塔接地電阻越小，雷擊桿塔頂時，桿塔的耐雷水平會越高。

3.3合理選擇輸電線路的絕緣配合

輸電線路絕緣配合要綜合考慮電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中可能承受的各種電壓（工作電壓及過電壓）、保護(hù)裝置的特性和設(shè)備絕緣對各種作用電壓的耐受特性，合理地確定設(shè)備必要的絕緣水平，以使設(shè)備的造價、維修費(fèi)用和設(shè)備絕緣故障引起的事故損失，達(dá)到在經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行上總體效益最高的目的。

絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣水平，可用lmin工頻耐壓試驗來對電氣設(shè)備進(jìn)行試驗，該值代表了絕緣對雷電、操作過電壓的總的耐受水平，只要設(shè)備能通過工頻耐壓試驗，就認(rèn)為該設(shè)備在運(yùn)行中遇到大氣、內(nèi)部過電壓時，都能保證安全。架空送電線路的絕緣配合設(shè)備就是要解決桿塔上和檔距中央中各種可能放電途徑（包括導(dǎo)線對桿塔、導(dǎo)線對避雷線、導(dǎo)線對地、不同相導(dǎo)線間）的絕緣選擇和相互配合的問題，包括：（1）桿塔上的絕緣配合設(shè)計;（2）檔距中央導(dǎo)線及避雷線間的絕緣配合設(shè)計;（3）檔距中央導(dǎo)線對地及各被跨越物的絕緣配合設(shè)計;（4）檔距中央不同相導(dǎo)線間的絕緣配合設(shè)計。

3.4架設(shè)耦合地線

架設(shè)耦合地線，增加了對導(dǎo)線的耦合系數(shù)，增大了它與各相導(dǎo)線的之間的耦合系數(shù)，減小了等值波阻抗;同時增加分流，使得塔頂電位降低，絕緣子串上電壓減小，降低閃絡(luò)率，從一定程度上提高耐雷水平。耦合地線降低過電壓的效果只是增加導(dǎo)線與地線耦合系數(shù)，母線過電壓變化不大，甚至還有小幅增加。增設(shè)耦合地線后必須驗算桿塔所承受的荷載，在桿塔機(jī)械強(qiáng)度允許的情況下，在導(dǎo)線下方增設(shè)耦合地線以提高耐雷水平是可行的。

3.5安裝線路型避雷器

在輸電線路上安裝線路型避雷器有三個主要目的：一是用于雷電活動強(qiáng)烈的地段、某些降低接地電阻有困難地段以及對防雷有特殊要求處，如大跨越段、超高塔段，提高線路的防雷性能;另一是沿線路裝設(shè)線路型避雷器以深度限制沿線的操作過電壓水平，這種一般用在操作電壓較高的220kV以上電壓等級的線路;第三是在線路進(jìn)變電站構(gòu)架、電廠電氣裝置構(gòu)架處的終端塔上，以限制雷電過電壓入侵變電站和電廠內(nèi)電氣設(shè)備。

4 ?結(jié)論

在輸電線路防雷設(shè)計中，必須緊密結(jié)合當(dāng)前電力生產(chǎn)和建設(shè)中的課題，不斷收集和積累各種數(shù)據(jù)和資料，經(jīng)?？偨Y(jié)防雷保護(hù)工作中的經(jīng)驗教訓(xùn)，提出新的更加有效的保護(hù)技術(shù)措施，以滿足不斷發(fā)展的電網(wǎng)的需要。

只要重視輸電線路的防雷，加大對輸電線路防雷的投入，提高輸電線路防雷的科技含量，加強(qiáng)對雷電的監(jiān)測和預(yù)防，加強(qiáng)輸電線路的運(yùn)行維護(hù)工作，輸電線路防雷是“可控”的，降低其雷擊跳閘率是完全可行的。