關(guān)于架空輸電線路防雷技術(shù)探討

高心新　祁志平　馮德賓　歐洋　寧航

【摘要】架空輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，由于它暴露在自然之中，故極易受到外界的影響和損害，其中最主要的一個(gè)方面是雷擊，架空輸電線路遭遇雷擊，從而影響線路的供電可靠性。因此，采取有效措施降低線路的雷擊跳閘次數(shù)，是確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要工作。解決線路的雷害問題，要結(jié)合防雷措施從實(shí)際出發(fā)因地制宜，綜合治理。

【關(guān)鍵詞】輸電線路 雷擊跳閘 防雷措施

雷電是一種大氣放電的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生于積雨云中，積雨云在形成過程中，某些云團(tuán)帶正電荷，某些云團(tuán)帶負(fù)電荷。它們對(duì)大地的靜電感應(yīng)，使地面或建（構(gòu)）筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度時(shí)，不同電荷云團(tuán)之間，或云團(tuán)與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度可以擊穿空氣（一般為25～30 kV/cm），開始游離放電，我們稱之為“先導(dǎo)放電”。在主放電階段里，會(huì)出現(xiàn)很大的雷電流（一般為幾十kA至幾百kA），并隨之發(fā)生強(qiáng)烈的閃電和巨響，這就形成了雷電。雷電一般伴有陣雨，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)局部的大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。強(qiáng)雷暴天氣出現(xiàn)有時(shí)還帶來(lái)災(zāi)害，如雷擊危及人身和電力設(shè)備安全，當(dāng)家用電器、計(jì)算機(jī)機(jī)房直接遭雷擊或感應(yīng)雷時(shí)將會(huì)被損壞，有時(shí)還會(huì)引起火災(zāi)等。

1. 雷電對(duì)電力線路的危害

雷電對(duì)輸電線路安全運(yùn)行危害極大，常常造成絕緣子閃絡(luò)事故，特別在山區(qū)、交通不便的地區(qū)，給巡視、查找故障增加不少困難。高海拔地區(qū)因特殊的地理位置，雷電時(shí)常伴有瞬間大風(fēng)與急雨，極大的風(fēng)速常常造成高大樹木倒落導(dǎo)線上、輸電線振動(dòng)、橫向碰擊和倒桿斷線的發(fā)生。如對(duì)這些現(xiàn)象處理不及時(shí)的話，就會(huì)造成電力事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危機(jī)人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。

電網(wǎng)中的事故以輸電線路的故障占大部分，輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大，尤其是在上面所述的山區(qū)輸電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的，據(jù)運(yùn)行記錄，架空輸電線路的供電故障一半是雷電引起的，所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障，進(jìn)而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。

2.輸電線路遭受雷擊的幾種情況

雷擊，實(shí)際上就是雷云電荷向大地的突然渲泄，當(dāng)雷電作用于輸電線路上，將造成沖擊過電壓。因這種過電壓是由于大氣中的雷電作用引起的，故稱之為大氣過電壓，又由于這種過電壓的能量是來(lái)自電力系統(tǒng)外部，故又稱之為外部過電壓[1]。直擊雷過電壓通常發(fā)生于桿塔頂部、避雷線檔距中央、導(dǎo)線上。直擊雷過電壓按照雷擊線路的部位不同，又可分為反擊、繞擊雷電過電壓兩種情況。

2.1 反擊雷電過電壓

雷擊線路桿塔或避雷線時(shí)，雷電流通過雷擊點(diǎn)阻抗使得該點(diǎn)對(duì)地電位大大升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓，由于桿塔或避雷線的電位（絕對(duì)值）高于導(dǎo)線，因此稱之為反擊。當(dāng)雷電流擊中輸電桿塔塔頂時(shí)，大部分雷電流沿桿塔流入大地，由于桿塔、避雷線波阻抗及接地電阻的存在，雷電流流過桿塔進(jìn)入大地時(shí)，會(huì)在桿塔上產(chǎn)生很大的壓降，使塔頂、橫擔(dān)的電位陡升。當(dāng)絕緣子串兩端所承受的電位差超過其沖擊閃絡(luò)電壓時(shí)，絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)致輸電線路發(fā)生接地故障。

2.2 繞擊雷電過電壓

雷電直接擊中導(dǎo)線（無(wú)避雷線）或繞過避雷線（屏蔽失效）擊中導(dǎo)線，直接在導(dǎo)線上引起過電壓，這種形式的雷擊通常稱為繞擊。當(dāng)雷電流直接擊中輸電導(dǎo)線時(shí)，由于大量雷電流注入，導(dǎo)致輸電線路對(duì)地電壓陡升。當(dāng)絕緣子串兩端承受的電位差大于絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓時(shí)，絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)線通過桿塔對(duì)地放電。繞擊發(fā)生時(shí)，雷電流首先直接作用于導(dǎo)線。因此繞擊時(shí)導(dǎo)線的電流行波全部為雷電流分量，不存在類似反擊的電磁耦合分量。

3. 輸電線路雷擊跳閘的原因

3.1 雷擊跳閘的原因

除了雷電活動(dòng)頻率升高，桿塔接地電阻、地形地貌、避雷線保護(hù)角等都是引發(fā)輸電線路雷擊跳閘的重要原因。

3.1.1 有些地區(qū)受地形的限制，桿塔位于山坡或山頭上，大檔距數(shù)量較多，沿線路平行架設(shè)耦合地線的措施往往很難實(shí)現(xiàn)，因此線路遭受繞擊概率隨著上升。

3.1.2近年來(lái)同桿架設(shè)線路逐步增多，線路桿塔的全高有了大幅度增加，對(duì)于高桿塔而言，其引雷的概率和繞擊的概率有所增加，反擊耐雷水平不斷下降，因此，雷擊跳閘率也會(huì)有所增加。

3.1.3 合成絕緣子具有免維護(hù)、耐污能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在220千伏輸電線路上受到了廣泛的應(yīng)用，但受到桿塔尺寸的限制，合成絕緣子爬電距離無(wú)法無(wú)限制的增加，在加上運(yùn)行多年的合成絕緣子表面已呈現(xiàn)老化狀態(tài)，其雷電沖擊耐受電壓比相應(yīng)的玻璃絕緣子要低，因此耐雷水平要比玻璃絕緣子的耐雷水平要低。

4.防雷措施

4.1 降低桿塔接地電阻

線路因長(zhǎng)年運(yùn)行于慌慌郊野外，受氣候和土壤、環(huán)境的影響，接地網(wǎng)會(huì)不同程度的銹蝕和外力破壞，每隔一定時(shí)間，必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)改造，確保地網(wǎng)的完好和合格。具體實(shí)施辦法如下：

1）組織線路人員進(jìn)行桿塔接地電阻、土壤電阻率測(cè)量和檢查接地裝置的完好性。

2）對(duì)雷擊重點(diǎn)線路進(jìn)行接地電阻普查測(cè)量，根據(jù)普測(cè)的情況對(duì)雷擊重點(diǎn)區(qū)域，雷擊頻發(fā)性桿塔接地裝置進(jìn)行重點(diǎn)改造;對(duì)變電站終端及連續(xù)5基桿塔接地電阻不合格者進(jìn)行重點(diǎn)改造，降低接地電阻。

3）對(duì)線路接地引下線被盜嚴(yán)重的區(qū)域桿塔接地引下線采用扁鋼作為引下線進(jìn)行改造，確保桿塔全年接地可靠。

4）針對(duì)不同的地形、地質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)情況采取垂直、環(huán)形和水平復(fù)合接地體進(jìn)行改造，以保持各季節(jié)接地電阻合格。

5）對(duì)超高土壤電阻率的桿塔接地網(wǎng)，采用換低土壤電阻率的土進(jìn)行埋設(shè)，或采取延伸接地，將接地網(wǎng)引伸到低土壤電阻率的地方進(jìn)行集中接地，降低接地電阻。

4.2 全線架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路最基本的防雷措施，避雷線可降低輸電線路絕緣所承受的過電壓幅值。當(dāng)雷電直擊于輸電線路時(shí)，避雷線將雷電流引入大地，由于接地電阻值大小有所不同，因而在桿塔頂造成不同的電位。為了提高避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽效果，減少繞擊率，避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)盡量小，一般范圍在20°—30°之間，特殊桿塔出現(xiàn)0°或負(fù)角保護(hù)。

4.3 加強(qiáng)線路絕緣

由于輸電線路個(gè)別地段需采取大跨越高桿塔（如;跨河桿塔），這就增加了桿塔落雷的機(jī)會(huì)。高塔落雷時(shí)塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也比較大。在高海拔地區(qū)和雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地段，也存在這樣的情況，為了降低線路跳閘率，可在高桿塔上或特殊地段增加絕緣子串片數(shù)，加大大跨越檔導(dǎo)線與底線之間的距離，以加強(qiáng)線路絕緣。在35kV及以下的線路可采取瓷橫擔(dān)等沖擊閃絡(luò)電壓較高的絕緣子來(lái)降低雷擊跳閘率。增加絕緣子片數(shù)，導(dǎo)致塔頭間隙相應(yīng)增大，增加塔頭尺寸和絕緣費(fèi)用。

結(jié)束語(yǔ)

輸電線路防雷是一項(xiàng)復(fù)雜而又意義重大的綜合性的工作，由于雷電現(xiàn)象的復(fù)雜性和雷電活動(dòng)的分散性，雷擊幾率受制約因數(shù)的多樣性，它的危害不可能完全消除和避免，我們只有不斷努力去探索和嘗試，使危害程度降到最低限度，更需要線路運(yùn)行管理單位在科學(xué)的實(shí)踐中不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、深入的研究探索，通過大量論證和實(shí)驗(yàn)制定出有效的方法和對(duì)策，在確定輸電線路防雷方案時(shí)，全面考慮輸電線路的重要程度，系統(tǒng)運(yùn)行方式，所處地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱，地形地貌的特點(diǎn)及土壤電阻率的高低等條件，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果。因地制宜，采取合理的綜合防雷保護(hù)措施，是今后防雷保護(hù)的一個(gè)主要研究方向;對(duì)于易發(fā)生雷擊地區(qū)應(yīng)該進(jìn)一步研究和完善適合于本地區(qū)的防雷新技術(shù)，是防雷保護(hù)的又一主要研究方向。

參考文獻(xiàn)

1、周澤存.高電壓技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，1991.

2、解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.