輸電線路設(shè)計及運行中的防雷技術(shù)措施分析

簡義重

摘 要：輸電線路的設(shè)計與實際運行中，要充分地考慮到雷電災(zāi)害對線路有可能產(chǎn)生的影響?；诖?，本文首先介紹了雷電災(zāi)害對于輸電線路對影響以及影響產(chǎn)生的原因;其次，分析了輸電線路的設(shè)計要點;最后，通過案例探究的方式，研究了在實際的線路設(shè)計和運行中，防雷技術(shù)的具體實施。

關(guān)鍵詞：防雷技術(shù);環(huán)境保護;輸電線路;雷電定位

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0189-02

0 引言

雷電是自然界中一種比較常見的現(xiàn)象，其危害性較大，若不能加以有效防治，會對樹木、建筑和電力線路等造成損害。目前，世界范圍內(nèi)大部分的國家和地區(qū)，都已經(jīng)發(fā)展起了較為成熟的防雷技術(shù)措施，并在輸電線路的設(shè)計和運行中加以有效運用。本文就輸電線路設(shè)計和運行中的防雷措施進行了更進一步研究，結(jié)合線路規(guī)劃實際情況，提出了更具有針對性的問題解決方法。

1 雷電災(zāi)害對輸電線路的影響與原因分析

1.1 影響

對于輸電線路而言，雷電災(zāi)害會產(chǎn)生嚴重的損壞，且損壞具有明顯的電壓高和破壞力大的問題。導(dǎo)致輸電線路受到強力打擊的主要原因是雷電為瞬時間形成，且整體壓力大。當系統(tǒng)線路受到雷電打擊之后，通電設(shè)備的問題會有持續(xù)顯著的提高特征，最終導(dǎo)致設(shè)備的元件受損，甚至產(chǎn)生了停電的現(xiàn)象[1]。當前，國內(nèi)供配電系統(tǒng)內(nèi)使用的元件均有顯著的脆弱和敏感的特征，當受到雷電打擊之后，這一缺點會被無限放大，并對后續(xù)的系統(tǒng)運行操作都產(chǎn)生重大破壞，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)整體癱瘓的情況發(fā)生。

1.2 原因

1.2.1 自然原因

自然環(huán)境和地理位置等因素，是造成輸電線路受到雷擊損壞的主要原因。我國山區(qū)面積較大，各個地區(qū)的地理因素差異性較為突出。山區(qū)氣候條件整體陰晴不定，容易誘發(fā)雷擊情況。大部分的山區(qū)內(nèi)部都有較為密集的樹木，在雷雨天氣發(fā)生之時，當?shù)氐妮旊娋€路容易受到影響。

1.2.2 桿塔因素

云層部位具有聚集電子能量而產(chǎn)生電荷的特征，當電荷能量直接傳達到地面之后，會產(chǎn)生嚴重的雷擊情況。輸電線路的桿塔較高，承擔(dān)著地面和電荷連接的重要作用。加之，瞬時產(chǎn)生的電壓有極強的穿透性，且桿塔本身的防御能力并不足以抵擋雷擊。此外，在桿塔建設(shè)中，若兩個桿塔之間的距離較近，當雷擊發(fā)生時，比較容易產(chǎn)生分流的情況，這一現(xiàn)象也是導(dǎo)致輸電線路受到損壞的主要原因。

1.2.3 避雷線因素

避雷線的位置也會影響到輸電線路的安全性。因為避雷線本身的保護能力較為有限，如果超出了這一范圍，實際避雷的作用并不能得以有效發(fā)揮。保護角的設(shè)計應(yīng)該結(jié)合輸電線路所在區(qū)域的雷電作用，縮小保護角設(shè)備范圍，以此擴大保護效果。此外，在輸電線路運行中，輸電線路本身的防雷作用還會受到多種因素的影響。當系統(tǒng)內(nèi)防雷保護弱化的情況下，則難以實現(xiàn)對線路雷電繞擊的防御，同樣也會引發(fā)跳閘問題的發(fā)生。

2 輸電線路設(shè)計要點

2.1 環(huán)境保護要點

輸電線路防雷設(shè)計要充分地考慮到基礎(chǔ)部分設(shè)計和桿塔設(shè)計對于周圍環(huán)境造成對于影響。例如，在部分山區(qū)輸電線路本身的布設(shè)會存在復(fù)雜性，施工過多會對周圍環(huán)境地形地貌、土壤和植被等造成破壞，甚至?xí)a(chǎn)生水土流失的現(xiàn)象。因此，工作人員要在進行設(shè)計的過程中，認真做好地質(zhì)勘查和地形測繪，配合高低主柱，達到降低山區(qū)棄土總量的效果[2]。

2.2 防雷技術(shù)要點

在對輸電線路進行防雷設(shè)計中，要明確避雷線的設(shè)計是高壓輸電線路避雷的重要手段。因為避雷線能有效地防止雷電打擊過于集中，且還可以進行分流，從而降低桿塔上經(jīng)過電流的總量。因為線避雷器的使用可有效降低避雷方法，所以，在進行避雷器選擇中，要考慮到線路本身的需求。例如，針對部分橫跨范圍較廣的高壓輸電線，其停電事故發(fā)生概率較高，因此，要做好相應(yīng)的防雷工作[3]。

2.3 絕緣水平要點

輸電線路的防雷能力和絕緣能力成正比例關(guān)系，若想提升線路絕緣能力，就要真正做好線路零值絕緣子。在進行設(shè)計中，要根據(jù)工程項目優(yōu)化選擇絕緣子，突出絕緣子輕量、質(zhì)優(yōu)和穩(wěn)定的特征。

2.4 智能化設(shè)計要點

在規(guī)劃設(shè)計輸電線路中，要充分地考慮到，現(xiàn)代化的發(fā)展階段，輸電線路設(shè)計以及高科技手段，可以有機地結(jié)合起來。這種方式下，能夠逐漸構(gòu)建起智能化、現(xiàn)代化層次較高的高壓輸電線路。在深入研究之后，有利于形成智能化水平更高的高壓電網(wǎng)，而且其本身智能化高壓電網(wǎng)可實現(xiàn)自我檢測與自我防御監(jiān)控，最終提升系統(tǒng)安全性，通過輸電線路進行的電力輸送也會更加穩(wěn)定。

3 輸電線路設(shè)計方案與運行中防雷技術(shù)措施應(yīng)用

3.1 案例概述

S省位于我國東部沿海地區(qū)，其三面環(huán)海，中部地區(qū)凸起，整體地形較為復(fù)雜，不僅包括了高低起伏的丘陵、還有黃河沖擊而成的平原地區(qū)，且還有一部分湖造和洼地。據(jù)調(diào)查，S省中部地區(qū)的雷暴天氣較多，東部和西部較少，全年雷暴天氣在30天以上。通過分析可以看出，當?shù)氐睦妆┨鞖馀c自然地理環(huán)境有著十分密切的關(guān)聯(lián)。因此，在進行輸電線路的規(guī)劃設(shè)計和施工運行中，相關(guān)部門的工作人員要充分地關(guān)注到防雷技術(shù)運用，加強對輸電線路的保護[4]。

3.2 雷電定位監(jiān)測

通過分析S省當?shù)氐匦蔚孛惨约皻夂蛱卣鞯姆绞剑梢岳L制出具體的雷電多發(fā)地區(qū)的位置圖，從而對雷電和輸電線路的影響范圍及區(qū)域進行分析判斷。但是若想更加精準地判斷雷電的范圍，需要構(gòu)建雷電定位的監(jiān)測系統(tǒng)，并且提供差異化的防雷技術(shù)資料，以此完成故障桿塔的精準定位。

例如，S省電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合氣象監(jiān)管部門的工作人員，共同構(gòu)建了LLS型號的雷電定位系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以實現(xiàn)雷電活動的實時監(jiān)測，是一種具有范圍廣、自動化、實時性和精密性強的新型系統(tǒng)發(fā)展工具，并且還可以在具體的規(guī)劃建設(shè)過程中，精準地定位雷電發(fā)生的位置和時間，對波形、回擊次數(shù)、極性和電流參數(shù)等進行統(tǒng)計分析，為后續(xù)的輸電線路防雷技術(shù)措施應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

LLS雷電定位系統(tǒng)主要包括了三個組成部分：

（1）數(shù)字探測站。主要是通過采集、識別和處理的方式，發(fā)送雷電電磁輻射信號，并將其波形數(shù)據(jù)進行存儲，用于其他環(huán)節(jié)的調(diào)用，數(shù)字探測站可以被視為是雷電定位系統(tǒng)的核心部分。（2）中心數(shù)據(jù)處理與分析。主要是接收各類與雷電有關(guān)的信息，并采取分析和處理的方式，完成數(shù)據(jù)信息的協(xié)調(diào)處理。這一系統(tǒng)可以實現(xiàn)雷電系統(tǒng)供電定位分析，完成數(shù)據(jù)的相關(guān)性研究。（3）用戶系統(tǒng)。用戶系統(tǒng)主要將電網(wǎng)當中包括地理信息、電網(wǎng)和雷電信息等在內(nèi)的各項信息和數(shù)據(jù)，進行集中計算的軟件系統(tǒng)。

3.3 仿真平臺設(shè)計

3.3.1 平臺選擇

對于輸電線路的防雷操作而言，常用的仿真軟件主要包括了MATLAB、ATP和EMTDC等防雷仿真軟件。在經(jīng)過了相關(guān)需求分析和技術(shù)檢驗之后，工作人員提出，無論是變電環(huán)節(jié)還是輸配電環(huán)節(jié)，應(yīng)用效果最好的為ATP電磁暫態(tài)軟件計算系統(tǒng)。這一系統(tǒng)作為全網(wǎng)分布最廣且應(yīng)用效果最高的軟件之一，其優(yōu)點十分突出，且能完成任意線路的模型的構(gòu)建。

3.3.2 仿真模型

在選擇好輸電線路模擬仿真設(shè)計平臺之后，需要根據(jù)雷電打擊情況，構(gòu)建相應(yīng)的仿真設(shè)計模型，為開展優(yōu)質(zhì)的仿真分析奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。從實際測試的角度機型分析，并不能精準地判斷出雷電電能釋放的規(guī)律，但是，采取科學(xué)試驗的方法，可以在分析了最大上升率、頻譜圖、幅值等數(shù)據(jù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，明確地判斷出雷電電流相關(guān)參數(shù)，并建立更為精準的仿真數(shù)據(jù)模型。根據(jù)S省的實際情況，可得出，構(gòu)建多波阻抗模型能達到較好的效果。這一模型的優(yōu)勢在于，計算方法相對簡單，而且在實際計算中，并不需要考慮桿塔雷電波的過程，最終得出的結(jié)論符合實際情況。此外，應(yīng)用這種模式不會出現(xiàn)較大的誤差，模型計算的精準度更高。

公式當中的rek表示的是等效半徑，hk表示的是基礎(chǔ)平面與各橫擔(dān)面的高度。

3.3.3 仿真分析

根據(jù)運行經(jīng)驗可以得出，一般情況下，接地電阻會對桿塔的雷電打擊做出較為明顯的反應(yīng)，并且雷電桿塔受到影響的情況下，輸電線路接地電阻會超過設(shè)計值，接地引下線斷裂也會使得接地電阻變得無窮大，這一情況會嚴重地影響到桿塔和導(dǎo)線之間的電勢差。當電勢差較大且超過了絕緣子閃絡(luò)電壓的情況下，電路內(nèi)部會因此出現(xiàn)故障跳閘的問題。通過仿真設(shè)計的方式，能有效地改變桿塔接地電阻的雷擊過程計算方式，完成桿塔接地電阻和耐雷水平關(guān)系的定量分析。

3.4 防雷技術(shù)應(yīng)用

3.4.1 降低接地電阻

S省的500kV線路中的II線是當?shù)剡@一高壓輸電線路當中雷擊較高的故障線路，因為線路本身的輸送功率較大，所以一旦受到雷電打擊的影響，會導(dǎo)致電網(wǎng)整體的運行出現(xiàn)較為明顯的運行問題。在具體操作中，工作人員提出，S省山區(qū)的輸電線路接地電阻不能超過15Ω，平原地區(qū)的接地電阻不能超過7Ω。據(jù)此，可根據(jù)接地電阻改造的方式，將全部鐵塔9基改造變成雷擊跳閘故障，改造方式仍可采用原本的離子接地體作為垂直接地的方案。

3.4.2 安裝可控避雷針

根據(jù)S省輸電線路所在區(qū)域的雷電活動特征可以得出，通過考慮可控避雷針有效保護范圍，能夠掌握繞擊閃絡(luò)的風(fēng)險為D級，并且檔距不超過800米。在明確了這一規(guī)格參數(shù)之后，可以在對應(yīng)的鐵塔塔頭安裝可控避雷針設(shè)備，共計鐵塔20基，每種型號的鐵塔基安裝數(shù)量均為2組，采取塔頭安裝的方式。

3.4.3 安裝線路避雷器

除了上述方法外，輸電線路在運行中的防雷技術(shù)措施還包括了安裝線路避雷器的措施。S省輸電線路中II線部分的主要風(fēng)險為繞擊風(fēng)險，對此，要加強對其風(fēng)險問題的處理?？煽乇芾揍樀谋Ｗo范圍有一定限制，當檔距超過800米時，則不適合安裝這種類型的避雷器?？紤]到繞擊閃絡(luò)的風(fēng)險為D級，則安裝避雷器設(shè)備會存在具體的塔號以及安裝數(shù)量。

3.5 應(yīng)用效果分析

自從2013年開始，S省正式開始落實停電檢修與防雷措施，在對此后5年之內(nèi)的輸電線路雷電災(zāi)害調(diào)查工作中，僅有1例因為雷電繞擊而產(chǎn)生的跳閘故障問題，且運行部分避雷器設(shè)備的動作發(fā)生的次數(shù)出現(xiàn)了較為明顯的變化，從初始設(shè)置的0次變成了6次。由此可得，避雷器的應(yīng)用起到了良好的防雷效果，其差異化防雷措施，實際有效性十分顯著。

4 結(jié)語

綜上所述，無論是在輸電線路的設(shè)計過程中還是在線路實際運行，都需要充分加強防雷管理。通過引入技術(shù)、資金和人才等多種不同的方式，真正地做好防雷監(jiān)測以及雷電來臨之前的預(yù)防和準備工作。通過這種方式，可以選擇出更適合的材料，確保在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運行管理中，都能真正做好防雷技術(shù)管理和運營維護工作，真正做好防控管理，保證電力系統(tǒng)的整體性和安全性。

參考文獻

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