高壓送電線路防雷設(shè)計(jì)探討

匡洪濤 張敏 徐冬洋

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與電力需求的不斷增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)中存在的隱患不斷增多，對(duì)電力系統(tǒng)安全帶來(lái)了極大的影響。送電線路作為電力系統(tǒng)中不可缺少的一部分，在設(shè)計(jì)中防雷要求有著重要作用。本文就高壓送電線路防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：送電;線路;防雷設(shè)計(jì)

引言

由于大氣雷電活動(dòng)的隨機(jī)性和復(fù)雜性，目前在送電線路設(shè)計(jì)中雷擊認(rèn)識(shí)和問(wèn)題較為嚴(yán)重，其中還存在著諸多的未知成分。因此在高壓送電線路設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分的考慮線路周?chē)沫h(huán)境問(wèn)題，對(duì)每一條線路都進(jìn)行充分、完整的質(zhì)量比較，選擇能夠滿足線路防雷標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法和措施，以期達(dá)到線路供電標(biāo)準(zhǔn)要求。

一、雷擊對(duì)電力系統(tǒng)的危害與作用機(jī)理

（一）對(duì)送配電設(shè)施的物理?yè)p壞

由于電氣裝置和電子元器件對(duì)電磁場(chǎng)、熱效應(yīng)以及強(qiáng)電流敏感性，送配電設(shè)施在遭受雷擊時(shí)會(huì)受到多方面的損壞：（1）雷擊瞬間釋放的熱量會(huì)造成線路斷線、電力設(shè)施的金屬材料熔斷。（2）雷電的瞬時(shí)高壓會(huì)擊穿送電線路與電力設(shè)備的絕緣保護(hù)而引發(fā)電氣火災(zāi)，同樣會(huì)給送配電設(shè)施造成物理?yè)p壞。這些損壞對(duì)于送配電設(shè)施都是永久性損壞。

瞬時(shí)性故障主要是指由雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)、線路對(duì)樹(shù)枝放電、大風(fēng)引起的短時(shí)碰線、通過(guò)鳥(niǎo)類(lèi)身體的放電等原因引起的短路。瞬時(shí)性故障由繼電保護(hù)動(dòng)作斷開(kāi)電源后，故障點(diǎn)的電弧自行熄滅、絕緣強(qiáng)度重新恢復(fù)，故障自行消除，線路斷路器自動(dòng)重合閘恢復(fù)正常供電。

（二）影響電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

雷電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)干擾電氣線路、電力設(shè)備的正常運(yùn)行運(yùn)行，雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)造成電力設(shè)備、監(jiān)測(cè)裝置等的絕緣性能劣化，導(dǎo)致其運(yùn)行穩(wěn)定性下降。雷擊引發(fā)的過(guò)電流也可能會(huì)觸發(fā)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，發(fā)生停電跳閘事故，會(huì)給電力用戶帶來(lái)較為嚴(yán)重的損失。

因此，雷擊事件對(duì)送配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生多方面的不利影響，應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程中合理的利用防雷設(shè)計(jì)技術(shù)，降低雷擊事件發(fā)生的概率。

二、送電線路防雷設(shè)計(jì)原理

在設(shè)計(jì)送電線路時(shí)，應(yīng)分析線路所在區(qū)域氣象條件、雷電流幅值密度，結(jié)合線路電壓、設(shè)施安裝分布等情況，研究雷擊事件對(duì)電力系統(tǒng)的破壞機(jī)理，從而采取相應(yīng)的對(duì)策。

（一）送電線路合理選擇路徑。雷電發(fā)生的頻率與送電線路所處的地理位置、地貌、降水量、雨季雷暴日等環(huán)境特征有關(guān)。在進(jìn)行送電線路設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)對(duì)氣象資料的搜集和分析，在線路規(guī)劃時(shí)避開(kāi)山谷、水域上方及周邊以及盆地等雷電頻發(fā)區(qū)域，能夠有效降低被雷電擊中的可能性。

（二）正確的防雷措施。目前送電線路的防雷保護(hù)措施主要通過(guò)架設(shè)避雷線，降低接地電阻，安裝線路型避雷器，增設(shè)耦合地線以及提高絕緣等級(jí)等幾種手段。架設(shè)避雷線和安裝避雷器是送電線路防雷保護(hù)有效的措施。

送電線路合理選擇路徑后，為了減弱雷電帶來(lái)的電磁場(chǎng)、強(qiáng)電流以及熱效應(yīng)造成的危害，在送電線路安裝避雷器和避雷線，將雷擊釋放的電流引向接地保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)送電線路免遭損壞。不同的電壓等級(jí)送電線路的避雷器和避雷線的選擇與雷擊放電強(qiáng)度、雷電流峰值及防雷保護(hù)裝置整定電流有關(guān)，也和送電線路接地保護(hù)系統(tǒng)的接地電阻、避雷線接地電阻等參數(shù)有關(guān)。

（三）安裝繼電保護(hù)裝置。采取各種措施雖能有效地降低雷擊事件發(fā)生的頻率，保護(hù)送配電設(shè)備免遭損壞，但雷電這一自然現(xiàn)象有著極大的偶然性。為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，還需安裝繼電保護(hù)裝置，縮小雷擊事件波及范圍、降低斷電可能性，提高電力系統(tǒng)故障自愈性。確保當(dāng)雷擊事故發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，送電線路能自動(dòng)合閘供電。

（四）“疏導(dǎo)式”防雷保護(hù)。目前各種防雷措施的核心思想是盡可能提高線路的耐雷水平，減少雷擊跳閘率。我國(guó)把線路雷擊跳閘率作為考核電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)，也即是“堵塞型”防雷保護(hù)方式，這種方式在電源點(diǎn)稀少，電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱的情況下是合適的，但實(shí)際中投資巨大，且技術(shù)上難以實(shí)施。因此，一些防雷研究專(zhuān)家又提出間隙防雷這種“疏導(dǎo)型”防雷保護(hù)方式，其核心思想是允許運(yùn)行線路有一定的雷擊跳閘率，采用間隙裝置并聯(lián)于絕緣子上，以定位雷電閃絡(luò)路徑，疏導(dǎo)工頻電弧，避免絕緣子損壞，雖有雷擊閃落，但重合閘能夠成功，就不必?fù)?dān)心線路的雷擊事故。因此，若將兩種方式很好地結(jié)合起來(lái)，因地制宜地采用，送電線路防雷保護(hù)工作將更進(jìn)一步。

三、防雷技術(shù)的應(yīng)用

避開(kāi)落雷密度偏大的區(qū)域。桿塔處于復(fù)雜的野外環(huán)境中，導(dǎo)致送電設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障的原因以及故障的部位和形式極其繁雜，據(jù)電力運(yùn)行部門(mén)提供的臺(tái)賬數(shù)據(jù)表明送電線路50%以上的事故都由雷擊造成的。因此應(yīng)基于前文所述對(duì)送電線路所處區(qū)域氣象數(shù)據(jù)的分析，避免架空線路路徑穿越地表水域、峽谷等高危地段。當(dāng)送電線路經(jīng)由平原與丘陵地帶時(shí)，雷電會(huì)以直擊雷的方式擊中送電線路或基礎(chǔ)設(shè)施造成送電線路反擊，因此應(yīng)在滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求的前提下，盡量降低送電線路的沖擊接地電阻。而在雷雨多發(fā)的山區(qū)，在避開(kāi)落雷密度較大區(qū)域的同時(shí)，應(yīng)通過(guò)安裝避雷線提高送電線路的絕緣性能以減小被雷電繞擊引發(fā)故障的概率。避雷保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

避雷線的主要作用是將因雷擊放電產(chǎn)生的強(qiáng)電流引入地下，避免線路發(fā)生閃絡(luò)和擊穿絕緣子。為了保護(hù)送電線路免遭雷擊，線路可沿全線架設(shè)避雷線，在山區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)架設(shè)雙避雷線。在中低壓送電線路，在雷擊事件發(fā)生概率較大的區(qū)間配備避雷線。同時(shí)，還需要在線塔頂部以及變電設(shè)施等處設(shè)置避雷針，將雷電過(guò)電流引向接地裝置，泄放大地。對(duì)于雷害高發(fā)區(qū)，地閃密度較大，雷害情況嚴(yán)重等地區(qū)的高壓架空送電線路還可采用單獨(dú)設(shè)計(jì)引雷塔進(jìn)行防雷，引雷塔塔頭上的可控避雷針高出被保護(hù)物的突出地位，形成負(fù)保護(hù)角，將雷云放電通道引向自身，然后通過(guò)引下線和接地裝置將雷電流泄入大地，引雷塔防雷效果好且保護(hù)范圍大。

強(qiáng)化防雷裝置和避雷線以及接地網(wǎng)的分流作用。防雷系統(tǒng)主要依靠分流雷電流保障送電線路的正常運(yùn)行，而避雷線與避雷器能夠在泄放雷電流大小，取決于系統(tǒng)接地電阻的大小，接地電阻越小，防雷性能越好。對(duì)于山地土壤電阻較高區(qū)域一般可將具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的降阻劑敷設(shè)于接地網(wǎng)絡(luò)周邊，改善接地網(wǎng)絡(luò)的引流效果。對(duì)于桿塔接地裝置，可根據(jù)土壤電阻率將接地裝置加大一級(jí)使用或采用新型的石墨接地材料代替常規(guī)圓鋼接地，以降低接地電阻保證接地裝置可靠性。

降低雷擊所引發(fā)的故障的影響。雷擊送電線路造成大面積停電的后果很?chē)?yán)重，為了降低雷擊失壓的可能性在環(huán)境條件不允許采用降低接地電阻的技術(shù)方法時(shí)，可在線路下架設(shè)耦合地線代替，利用其起到分流作用。其次在設(shè)計(jì)送電線路的二次回路時(shí)，根據(jù)防雷需要設(shè)置繼電保護(hù)裝置，在系統(tǒng)因感應(yīng)過(guò)電壓瞬時(shí)性故障等引發(fā)繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)時(shí)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別故障原因并自動(dòng)重合閘，避免因雷擊導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間斷電。

在電源點(diǎn)多，電網(wǎng)網(wǎng)架強(qiáng)大的區(qū)域，并聯(lián)間隙并聯(lián)于絕緣子兩側(cè)，當(dāng)雷擊到線路上時(shí)，雷電過(guò)電壓通過(guò)間隙放電，工頻持續(xù)電流在間隙間燃燒受到電弧電動(dòng)力和風(fēng)的作用逐漸熄滅，使得絕緣子串得到保護(hù)而免于損壞。由于空氣絕緣可在短時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，間隙放電屬于瞬時(shí)性事故，從而提高了重合閘的成功率。

四、結(jié)束語(yǔ)

在雷電頻發(fā)的地區(qū)，為了能夠在最大程度上降低雷擊對(duì)高壓送電線路的影響，就需要相關(guān)部門(mén)根據(jù)不同區(qū)域的高壓送電線路的分布情況，并結(jié)合高壓線路周邊的土壤電阻值、地形地貌情況以及當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒?dòng)強(qiáng)度，來(lái)選擇最為合適的防雷、避雷措施。

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