淺析供電線路的防雷措施

孔存旺

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司武山銅礦，江西瑞昌 332204）

1 引言

武銅110/6kV 總降壓變電站采用兩回路110kV架空進(jìn)線，總降壓變電站共有20 條6kV 的供配電線路用以滿足生產(chǎn)的需要，其中包括礦山通風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等一級(jí)負(fù)荷的雙回路架空線路。由于各架空線路架設(shè)面廣且多數(shù)位處山地丘林，春夏之際雷雨頻繁，線路時(shí)常受到雷害侵襲造成跳閘事故或由于避雷設(shè)備本身故障導(dǎo)致線路故障跳閘，不僅造成供電線路的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)影響整個(gè)礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此提高供電線路的防雷性能顯得的尤為重要。

2 供電線路遭受雷擊的原因與危害

在供電系統(tǒng)中，高壓線路比較容易受到雷擊危害，這是因?yàn)樵诰€路中會(huì)應(yīng)用到各種金屬材料的構(gòu)件，金屬構(gòu)件的使用一定程度上增加了其遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，供電線路受到雷擊時(shí)會(huì)通過(guò)金屬構(gòu)件產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，使得感應(yīng)電壓也隨之增大，感應(yīng)電壓高到一定程度時(shí)導(dǎo)致供電線路電壓急劇提升［1］，最終的結(jié)果就是線路出現(xiàn)故障、跳閘影響線路的正常運(yùn)行。供電線路遭受雷擊的原因有多種，大致的可以分為以下幾點(diǎn)：

（1）供電線路自身的絕緣水平不高，這也是線路遭受雷擊的首要原因；

（2）防雷措施不全面導(dǎo)致線路的防雷水平不足；

（3）防雷裝置安裝后，在使用過(guò)程中的檢查和維護(hù)不及時(shí)。尤其是在雷雨天氣較多的季節(jié)來(lái)臨之前，要對(duì)防雷裝置進(jìn)行系統(tǒng)的檢查和維護(hù)。

雷擊的危害可分為直擊雷、感應(yīng)雷和逆流雷三種。直擊雷是最易給供電線路造成破壞，也是危害最嚴(yán)重的。因雷電直接擊中供電線路后導(dǎo)致線路電壓很高，此時(shí)到達(dá)線路的電流和電壓都很高，給電力線路造成的損失或危害也越大；感應(yīng)雷是線路旁的建筑物或其他物體如樹(shù)枝在受到雷電打擊時(shí)改變了線路周邊的電磁場(chǎng)，進(jìn)而造成線路高電壓，感應(yīng)雷也會(huì)影響或破壞供電的穩(wěn)定性；逆流雷是由于雷擊中建筑物，建筑物的接地電阻變大，則建筑物的接地電位也隨之上升，此時(shí)一部分落雷中攜帶的電流將會(huì)到達(dá)供電線路中，影響線路供電的安全［2］。

3 供電線路防雷裝置的原理

防雷技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，一般分為外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)方面。外部防雷主要是通過(guò)金屬桿，引下線和接地體系組成，當(dāng)線路遇到雷擊時(shí)，通過(guò)金屬桿、引下線將雷擊產(chǎn)生的大電流引入接地體系中，最終將電流導(dǎo)入大地，避免對(duì)線路的運(yùn)行造成影響；內(nèi)部防雷是過(guò)電壓保護(hù)，限制電壓幅值，均衡系統(tǒng)的電位［3］。

目前常用的防雷技術(shù)主要有疏導(dǎo)式和堵塞式。疏導(dǎo)式防雷是通過(guò)電流的釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)如降低桿塔接地電阻，加裝耦合地線，安裝并聯(lián)保護(hù)間隙，線路直連氧化鋅避雷器等；堵塞式防雷是通過(guò)提高線路自身的承受雷擊能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，如安裝避雷線，增強(qiáng)線路的絕緣子串長(zhǎng)度，采用絕緣桿塔和橫擔(dān)，埋設(shè)電纜等［4］；此外還有工頻電弧誘導(dǎo)性防雷措施及雷電弧誘導(dǎo)性防雷措施。總之，有效的防雷措施應(yīng)能保證線路的正常運(yùn)行。

4 供電線路中常用的防雷具體措施

4.1 安裝避雷線

安裝避雷線是目前供電線路中常用且主要的防雷措施之一，在我國(guó)35kV 及以上的輸電線路均要求架設(shè)避雷線［4］，避雷線的主要作用是將雷電流進(jìn)行引導(dǎo)和分流，防止因雷電流對(duì)線路電壓造成影響，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓，對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓，這些都可以有效的降低線路因雷擊跳閘而導(dǎo)致供電線路故障的概率。安裝避雷線時(shí)一般要求其與被保護(hù)的線路的保護(hù)角在20 ～30°，最大不能超過(guò)30°，因?yàn)楸Ｗo(hù)角越小對(duì)線路的保護(hù)就越好，甚至有時(shí)可以做成負(fù)的保護(hù)角，但這樣經(jīng)濟(jì)型就相應(yīng)的比較差。在實(shí)際的線路架設(shè)中，由于受到地形、地勢(shì)等客觀因素的影響，避雷線防雷仍存在一些技術(shù)瓶頸，尤其在電壓等級(jí)越高的線路中。

另外，在頻繁遭受雷擊的6kV 架空線路安裝避雷針也是常用的一種防雷措施。但是在實(shí)際應(yīng)用卻存在由于避雷針而導(dǎo)致雷擊概率增大和保護(hù)范圍小的問(wèn)題。

由于避雷針的引雷作用，所以雷擊次數(shù)就會(huì)提高，當(dāng)雷電被吸引到避雷針上，在強(qiáng)大的雷電流沿針而流入大地過(guò)程中，雷電流周圍形成的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，它與雷電流的大小及變化速度成正比，與雷擊的距離成反比。當(dāng)雷電被吸引到針上，將有高達(dá)數(shù)千安的高頻電流通過(guò)避雷針及其接地引下線和接地裝置，此時(shí)避雷針和引線的電壓很高，若避雷針對(duì)被保護(hù)物之間的距離小于安全距離時(shí)，會(huì)由針及引下線向被保護(hù)物發(fā)生反擊，損壞被保護(hù)物。

4.2 提高線路的絕緣水平

絕緣子是輸電過(guò)程中重要的絕緣部件，絕緣子的質(zhì)量如何決定這供電線路的絕緣水平，線路的絕緣水平越高其抗雷擊的能力也越高［6］。一般通過(guò)增加絕緣子串的長(zhǎng)度可以提高線路的絕緣水平，但是絕緣子對(duì)地電容、絕緣子對(duì)導(dǎo)線電容可形成一個(gè)電容鏈，在線路正常工作時(shí)，電容鏈的影響可以忽略不計(jì)，當(dāng)線路受到雷電侵襲時(shí)就形成了一個(gè)大且不均勻的電容，直接影響到雷電沖擊電流的分布，進(jìn)而影響絕緣子的壓降，最終產(chǎn)生飽和特性［4］。因此實(shí)際的應(yīng)用中并非是線路的絕緣水平隨著絕緣子片數(shù)增加而無(wú)線增大的，要根據(jù)實(shí)際測(cè)試來(lái)確定最佳的絕緣子片數(shù)。

4.3 選用防雷絕緣子

由于6kV 線路的絕緣水平普遍較低，難以承受直擊雷或感應(yīng)雷的作用，不僅在雷擊導(dǎo)線和塔頂時(shí)會(huì)閃絡(luò)引起跳閘，而且在雷電擊中周邊的樹(shù)木或建筑時(shí)，因感應(yīng)電壓過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致閃絡(luò)，絕緣層被擊穿，接續(xù)的工頻電弧在此處燃燒，在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線就會(huì)燒斷。雷擊斷線已成為電力系統(tǒng)面臨的一個(gè)安全問(wèn)題。

防雷絕緣子將絕緣子和防弧金具合二為一，能夠懸掛拉緊供電線路，絕緣子左右兩端引弧棒提供的空氣間隙能夠在絕緣子閃絡(luò)之前先動(dòng)作防電，提供了雷電的閃絡(luò)通道，使電弧不會(huì)流串到絕緣子本體或?qū)Ь€上，從而避免了絕緣子傘裙的燒傷，甚至燒斷導(dǎo)線的現(xiàn)象發(fā)生。

4.4 減小桿塔的接地電阻

桿塔的接地電阻大小對(duì)供電線路的抗雷水平有直接的影響，在雷電多發(fā)區(qū)域一般接地電阻不宜超過(guò)30Ω［3］，降低桿塔的接地電阻可以提高線路的抗雷水平。常用的減小桿塔接地電阻的方法有增加接地裝置的埋深距離，使用大截面的接地線，降低桿塔處的土壤電阻率等。如我礦的主井井塔的接地線就直接與建筑物的接地連在一起，并采用截面積較大的扁鐵一直延伸至山腳，這樣連續(xù)的接地裝置就形成了一條低電阻的通道，從而避免主井井塔受到雷擊，保護(hù)主要的建筑和設(shè)備。定期進(jìn)行供電線路桿塔接地電阻的檢測(cè)，對(duì)線路桿塔的不合格接地網(wǎng)進(jìn)行整改，包括對(duì)桿塔接地引下線接觸不良、生銹等接地隱患進(jìn)行整改。降低線路桿塔地網(wǎng)接地電阻，它是防止反擊的有效措施，也是最經(jīng)濟(jì)、最有效降低線路雷擊跳閘率的措施之一。

近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)一些單位在處理接地時(shí)使用了降阻劑，取得了較好的降阻效果。降阻劑使用后接地電阻隨時(shí)間的推移而下降，并且由于其pH 值一般均在7.6～8.5 之間，有的呈中性略偏堿，對(duì)接地體有鈍化保護(hù)作用，故基本無(wú)腐蝕現(xiàn)象。但是，使用較長(zhǎng)時(shí)間表明接地降阻劑對(duì)接地體產(chǎn)生了嚴(yán)重的腐蝕。故在采用這一方法時(shí)應(yīng)關(guān)注長(zhǎng)期的效果，特別是對(duì)接地體的腐蝕問(wèn)題。

4.5 安裝避雷器

目前廣泛使用的是氧化鋅避雷器，安裝氧化鋅避雷器也是最為有效的一種防雷措施。氧化鋅避雷器具有可重復(fù)使用、容量大、耐污性能好等優(yōu)點(diǎn)，避雷器在工頻電壓時(shí)呈現(xiàn)高阻值，截?cái)喙ゎl續(xù)流，從而保護(hù)絕緣子串免于閃絡(luò)，當(dāng)線路受到雷擊產(chǎn)生過(guò)電壓超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器首先動(dòng)作來(lái)釋放雷電流，避免開(kāi)關(guān)跳閘［7］。

為避免停電影響生產(chǎn)，解決傳統(tǒng)避雷器故障時(shí)引發(fā)停電事故以及需要停電檢修檢測(cè)的問(wèn)題，提高供電可靠性，消除安全隱患，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，近兩年礦區(qū)逐步采用跌落式氧化鋅避雷器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋅避雷器。跌落式避雷器是將帶脫離器的避雷器和跌落式熔斷器相結(jié)合，除具有傳統(tǒng)型避雷器的過(guò)壓保護(hù)外，在發(fā)生異常故障時(shí)，工頻短路電流使脫離器動(dòng)作，其接地端自動(dòng)脫開(kāi)，可防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，檢修維護(hù)更為方便。跌落式避雷器的優(yōu)點(diǎn)在于在不影響供電的情況下，可借助絕緣拉閘操作桿對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)、維修和更換。

4.6 埋地電纜

將電纜埋于地下可以降低電纜遭受雷擊的概率，但是由于是埋于地下會(huì)使得電纜的散熱不良，從而導(dǎo)致同樣型號(hào)的電纜埋于地下的電流輸送容量要遠(yuǎn)低于架空電流，這樣埋地電纜的成本較高，經(jīng)濟(jì)性能較差，因此埋地電纜一般多用于距離較近的低壓配電系統(tǒng)中。

5 結(jié)語(yǔ)

由于雷電是一種自然現(xiàn)象，無(wú)法阻止其發(fā)生，影響架空輸電線路雷擊跳閘率的因素很多，解決線路的雷害問(wèn)題，要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，綜合治理。需采取有效的防雷措施來(lái)降低其對(duì)供電線路的侵襲，這就要求供電線路在設(shè)計(jì)之初就要考慮到防雷的要求，要核算線路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作量、難度、經(jīng)濟(jì)效益及效果等。具體的防雷措施要結(jié)合實(shí)地的情況以及氣候的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并針對(duì)重要的設(shè)備或建筑進(jìn)行重點(diǎn)的防護(hù)。在防雷裝置安裝完成后的應(yīng)用中加強(qiáng)檢查和維護(hù)，對(duì)不符合要求的進(jìn)行處理或更換，使得防雷裝置起到提高線路供電的穩(wěn)定性，也使礦山的安全生產(chǎn)得到保障。