電力架空線路防雷的措施探討

王旭晨

摘要：長期以來，雷擊引起的輸電線路跳閘對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了較大的威脅，迫切需要提高輸電線路抵御雷電的能力，降低雷電造成的損失和影響。文章介紹了雷擊的種類，分析了輸電線路遭受雷擊的主要原因，并提出了防雷措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路;雷擊;防雷

在現(xiàn)代生活中，雷電以其巨大的破壞力給人類、社會(huì)帶來了慘重的災(zāi)難。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年因雷擊造成的財(cái)產(chǎn)損失高達(dá)上百億元。輸電線路是地面上最大的人造引雷物體，作為國民經(jīng)濟(jì)重要支柱的電力系統(tǒng)，長期以來雷擊引起的輸電線路跳閘對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了較大的威脅。據(jù)電網(wǎng)故障分類統(tǒng)計(jì)表明，在我國跳閘率較高的地區(qū)，高壓線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的次數(shù)占40%～70%，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路引起的故障率更高。

1、雷擊對(duì)架空電力線路存在的主要危害形式

就架空線路來說，其通常會(huì)受到雷擊損壞，而這時(shí)的導(dǎo)線就會(huì)受到電磁感應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)一定的電壓，使得其電壓比電力相電壓高，對(duì)電路造成損壞，從而導(dǎo)致各種安全事故的發(fā)生。而且，在架空線路受到雷擊時(shí)，其對(duì)應(yīng)的線路中會(huì)出現(xiàn)一定的雷電流，其對(duì)應(yīng)的電力相對(duì)較大，會(huì)導(dǎo)致其對(duì)地阻抗上形成較高的電位差，使其能夠沿著線路進(jìn)行傳輸，最后進(jìn)入到變電站中，在這種情況下，如果其變電站中所對(duì)應(yīng)的防雷措施相對(duì)較差，就會(huì)導(dǎo)致輸電設(shè)備的損害，從而對(duì)電路的正常運(yùn)行造成不良影響。架空電力線路在受到雷擊作用時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部出現(xiàn)絕緣閃絡(luò)，其主要被表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

首先，繞擊。這種形式主要是指其雷電在相線上進(jìn)行直接作用，其遭受點(diǎn)擊的概率，在一般情況下都與雷電在架空電力線路上定向和先導(dǎo)發(fā)展具有一定聯(lián)系，如果其對(duì)應(yīng)的迎面先導(dǎo)導(dǎo)線表現(xiàn)為向上發(fā)展，則在其遭受到雷擊作用后，就會(huì)導(dǎo)致繞擊損壞情況的出現(xiàn)[1]。與此同時(shí)，其出現(xiàn)概率也與導(dǎo)線的數(shù)量、其分布形式和其臨近的路線情況等相關(guān)。其所在地勢(shì)的影響也相對(duì)較大，在一般情況下，其山區(qū)環(huán)境中的繞擊概率相對(duì)較高，甚至?xí)_(dá)到平原地區(qū)的3倍左右。其次，反擊。反擊形式在電力架空線路方面也是常見的，在其對(duì)應(yīng)的雷擊桿和塔頂上的避雷針或是避雷線在遭受到雷擊后，會(huì)促進(jìn)其雷電流的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)接地，導(dǎo)致桿塔的電位升高，并使其導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。在這種情況下，促進(jìn)其塔體電位和相導(dǎo)線感應(yīng)電壓合成電位差升高，使其高過高壓送電線路絕緣閃絡(luò)電壓值，則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線和桿塔之間出現(xiàn)閃絡(luò)情況，也就是反擊閃絡(luò)。

2、雷擊的種類

輸電線路之所以會(huì)遭受到雷擊危害，主要是因?yàn)槔自品烹娺^程形成過電壓，輸電線路的支撐桿塔在發(fā)生雷擊時(shí)形成放電通道，導(dǎo)致過電壓順這一通道傳播，使輸電線路發(fā)生絕緣擊穿問題。根據(jù)形成原因，輸電線路雷擊過電壓可分為感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓，感應(yīng)雷過電壓是雷擊線路附近大地由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓，而直擊雷過電壓則是雷電直接擊中桿塔、地線或?qū)Ь€引起的線路過電壓[1]。

3、雷擊的主要原因

造成高壓輸電線路遭受雷擊的原因有很多，和絕緣子的放電電壓、雷電電流大小以及桿塔接地阻值等有直接關(guān)系。因此，要想保護(hù)高壓輸電線的安全，一定要掌握雷擊活動(dòng)的主要規(guī)律，清楚導(dǎo)致雷擊的主要原因，才能更好地保護(hù)高壓輸電線的穩(wěn)定和安全[2]。

（1）地形比較復(fù)雜、風(fēng)口以及山谷等地是雷擊的主要發(fā)生場(chǎng)所。這些比較特殊的環(huán)境大幅度增加了雷擊頻率，在每個(gè)雷電日雷云和地面之間的雷擊概率可以達(dá)到每平方公里0.015次。（2）一般在絕緣能力不強(qiáng)的耐張桿上容易發(fā)生雷擊，雖然目前的技術(shù)水平使直線桿塔上的絕緣配置有所提高，卻沒有把耐張桿的絕緣配置予以提高，進(jìn)而導(dǎo)致耐張桿要承受比從前更大的負(fù)荷，使耐張桿的絕緣薄弱點(diǎn)產(chǎn)生。（3）雷擊經(jīng)常出現(xiàn)在高山上或者是土壤電阻率比較高的地方。當(dāng)接地電阻長時(shí)間深埋地下會(huì)被腐蝕，使導(dǎo)體的絕緣面積有效減少，分散雷電流的能力就會(huì)有所下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致地面斷裂。質(zhì)量不合格的接地電阻還容易引發(fā)絕緣閃絡(luò)，接地電阻的變化和雷擊跳閘的次數(shù)是成正比的。（4）雷擊也經(jīng)常發(fā)生在避雷線保護(hù)角的大桿塔上，避雷線的保護(hù)范圍一般是指以避雷線和外側(cè)導(dǎo)線連線與垂直線之間的夾角就是保護(hù)角，它的主要功能是避免輸電線不被雷電擊中，保護(hù)角的大小和保護(hù)能力是成反比的。但是在實(shí)際運(yùn)用中，它的保護(hù)作用被逐漸弱化，不僅沒有很好地保護(hù)絕緣子串，還可能導(dǎo)致雷電對(duì)輸電線的繞擊狀況發(fā)生。

4、防雷措施

4.1、降低桿塔接地電阻

在防雷措施中，決定線路反擊耐雷水平的決定因素是桿塔的接地電阻。塔頂電位的高低很大程度上決定于接地電阻值的大小，如果桿塔的接地電阻過于大，那么雷擊時(shí)很容易造成塔頂電位上升，導(dǎo)致線路反擊的狀況。如果接地電阻的阻值合理，并且在雷電剛好擊中塔頂或者避雷線時(shí)，接地電阻就會(huì)把很強(qiáng)的雷電流導(dǎo)入大地，進(jìn)而保證了輸電線路的安全。

4.2、架設(shè)避雷線

在高壓或者超高壓的輸電線路中，避雷線是最基礎(chǔ)的防雷設(shè)施，其主要作用是避免雷直擊輸電線。避雷線的主要作用是可以分擔(dān)一部分雷電流，使流入桿塔的電流有效減少，起到降低塔頂電位的作用;利用導(dǎo)線之間的耦合作用降低絕緣線路上的電壓;利用對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用可以使輸電線的感應(yīng)過電壓有效降低。輸電線路的電壓越高，在整體線路的造價(jià)中避雷線所占比例就越小，如果是220kV的輸電線路中，全線都要架設(shè)避雷線。

4.3、架設(shè)藕合地線

如果降低桿塔接地電阻的工作十分困難，可以采取在輸電線下方架設(shè)地線的方法，使絕緣子串上的電壓有效降低，而且耦合地線還可以起到一定的分散雷電流的作用。經(jīng)過很多實(shí)踐證明，耦合地線能使雷擊跳閘率顯著降低。

4.4、采用不平衡絕緣原則

同桿架設(shè)雙回路的輸電線路設(shè)置方法能夠節(jié)省很多線路用地，但一般的防雷措施在此種線路中防雷效果不佳，這時(shí)就可以根據(jù)不平衡原則，讓兩個(gè)回路的絕緣子串片數(shù)不相等。在雷擊時(shí)絕緣子片數(shù)較少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線就等于是地線，提高了另一回路導(dǎo)線的耐雷能力，確保另一回路能夠繼續(xù)供電。

4.5、加裝線路避雷器

在一些雷電活動(dòng)很頻繁的地區(qū)，對(duì)于一些經(jīng)過多次改造仍然不能達(dá)標(biāo)的接地電阻桿段，就可以在線路上加裝避雷器。當(dāng)桿塔和導(dǎo)線之間的電位差高于避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器就能發(fā)揮其分流作用。這時(shí)有小部分雷電流經(jīng)過桿塔或接地線流入大地，大部分電流經(jīng)過避雷器流入相鄰桿塔，有效提升了線路的耐雷水平。但由于裝設(shè)線路避雷器的造價(jià)成本高，所以輸電線路的有關(guān)單位應(yīng)該科學(xué)選擇安裝位置，使有限的資金發(fā)揮最大效益。

4.6、高桿塔加強(qiáng)絕緣

有些輸電線路的路段特殊，需要使用很高的桿塔，這也代表著桿塔的著雷機(jī)會(huì)有所增加。對(duì)于很高的桿塔可以選擇增加絕緣子串的片數(shù)或者是增加塔頭之間的距離等方式來提升防雷能力。增強(qiáng)絕緣可使線路反擊耐雷水平得到提高，對(duì)繞擊閃絡(luò)僅有輕微改善。

5、結(jié)束語

隨著架空線路桿塔越來越高，線路走廊越來越密集，客觀導(dǎo)致輸電線路遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)增大。要想提升高壓架空輸電線路的防雷性能，在輸電線路的工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就應(yīng)該開始重視，根據(jù)施工地的具體情況采取科學(xué)有效的防雷措施。防雷工作是一項(xiàng)復(fù)雜又繁重的系統(tǒng)工程，需要根據(jù)地形地貌、土壤的電阻率和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等多方面進(jìn)行研究，進(jìn)而高效地完成高壓架空輸電線的防雷工作，對(duì)于保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐明.淺談?shì)旊娋€路雷擊分析與防雷措施[J].三角洲，2014（6）：112.

[2]趙長青.輸電線路雷擊分析和防雷措施探討[J].供電企業(yè)管理，2013（3）：42-46

[3]謝保東.架空電力線路的防雷保護(hù)[J].電子制作，2014（15）.