基于電力系統(tǒng)防雷措施的研究

劉雙飛

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鄂爾多斯電業(yè)局康巴什供電分局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

雷電是天氣變化的一種自然狀況，是非常常見的自然現(xiàn)象，一年四季隨處都可以見到雷雨天氣。然而，雷電產(chǎn)生具有較大的破壞力，雷電巨大的能量能夠?qū)Τ鞘械慕ㄖ?、個(gè)體、電力系統(tǒng)等帶來嚴(yán)重的破壞，甚至威脅到人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。

對于電力系統(tǒng)而言，雷電會(huì)破壞電力系統(tǒng)當(dāng)中各種各樣的設(shè)備，造成設(shè)備破壞，數(shù)據(jù)丟失，甚至還會(huì)帶來一系列的連鎖反應(yīng)導(dǎo)致大面積的停電，尤其雷電環(huán)境下，雷電流會(huì)產(chǎn)生瞬變電磁場，并對微電子器件造成損害，輕則影響設(shè)備運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致電力系統(tǒng)供電異常；重則引發(fā)安全事故，對人們生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，從而對整個(gè)經(jīng)濟(jì)秩序帶來難以預(yù)計(jì)的損失。[1]

電力系統(tǒng)中的自動(dòng)化裝置種類多樣，其中一部分微電子器件工作電壓僅為幾伏，電流也小至微安級，所以在運(yùn)行過程中對外界干擾極其敏感。我國當(dāng)前天氣變化對電力系統(tǒng)的安全帶來較大的威脅，因此必須重點(diǎn)研究電力系統(tǒng)的防雷技術(shù)，才能夠維護(hù)國家長治久安。由此可見，做好電力系統(tǒng)防雷工作，不僅是提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的重要措施，也是電力企業(yè)改革的必然需求。[2]

1 雷擊對電力系統(tǒng)的危害

1.1 直擊雷對電力系統(tǒng)的危害

直擊雷是雷云對電力系統(tǒng)中的某一線路進(jìn)行放電，并將電力系統(tǒng)中電力設(shè)備的絕緣層擊穿，而后雷電波會(huì)沿著導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)備損壞，最終影響電力系統(tǒng)正常供電。[3]

1.2 感應(yīng)雷對電力系統(tǒng)的危害

常見的感應(yīng)雷有兩種，分別為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷，對電力系統(tǒng)造成的危害如下：

第一，靜電感應(yīng)雷危害。主要指雷云在電力系統(tǒng)上空出現(xiàn)，由于雷云本身帶有靜電電荷，所以會(huì)與電力系統(tǒng)中的輸電線路產(chǎn)生感應(yīng)，從而產(chǎn)生相反電荷，此時(shí)，在正電荷與負(fù)電荷互相牽引作用下，傳輸線路中會(huì)聚集大量電荷，并沿著設(shè)備絕緣層向地釋放，導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣層被擊穿。當(dāng)雷云向其他目標(biāo)放電時(shí)，電力系統(tǒng)中的導(dǎo)線靜電荷也會(huì)在雷云放電消失的同時(shí)失去牽引。由于正波交流電和電荷相同，所以傳入電力系統(tǒng)后也會(huì)被大量消耗，并沿著傳輸線路游走，以雷電波形式向附近電力設(shè)備放電，使得電力設(shè)備損壞。結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中大多數(shù)雷擊事故，都是由靜電感應(yīng)雷引發(fā)。[4]

第二，電磁感應(yīng)雷危害。主要指雷云靠近電力系統(tǒng)后向大地放電，或者電力系統(tǒng)中的傳輸線路在靜電感應(yīng)作用下產(chǎn)生雷電流，并通過避雷器進(jìn)入電力系統(tǒng)周圍大地中。通常情況下，這種雷擊流都具有頻率高特點(diǎn)，在放電的同時(shí)會(huì)形成較大范圍磁場，如果電力設(shè)備處于該磁場內(nèi)部，則容易受雷擊影響發(fā)生故障。[5]

2 電力系統(tǒng)防雷措施

2.1 電力系統(tǒng)中超高壓交流輸電線路防雷

電壓等級在110-750kV 的輸電網(wǎng)絡(luò)稱為超高壓交流輸電線路，通常情況下，這種輸電線路都建設(shè)在地理環(huán)境較為寬廣的地區(qū)，所以容易發(fā)生雷擊事故。為了保證超高壓交流輸電線穩(wěn)定運(yùn)行，需要做好防雷工作，在實(shí)施過程中應(yīng)結(jié)合《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》相關(guān)規(guī)范進(jìn)行分析。由于雷擊事故發(fā)生情況多種多樣，所以僅套用相關(guān)規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要結(jié)合實(shí)際情況采取有效防雷措施。

第一，通過架設(shè)地線達(dá)到防雷目標(biāo)。這種方法是規(guī)避電力系統(tǒng)送電線路遭到雷擊危害的有效措施，也是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。具體來說，通過設(shè)置地線，能夠使塔頂在遭受雷擊的同時(shí)，將雷電流進(jìn)行分流，并沿塔桿將其泄入大地，如此不僅能夠降低塔頂點(diǎn)位，還能夠?qū)旊娋€路產(chǎn)生耦合作用，有利于降低桿塔絕緣電壓。另外，將非直擊桿塔的地線架空，能夠起到屏蔽作用，可以有效減少輸電線路的感應(yīng)過電壓。由此可見，通過架設(shè)地線能夠有效避免超高壓交流輸電線路雷擊事故，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

第二，安裝線路避雷器。為了避免電力系統(tǒng)超高壓交流輸電線路遭遇雷擊，需要合理安裝避雷裝置，可以采用并聯(lián)方式對輸電線路絕緣子與避雷裝置進(jìn)行安裝。這種安裝方式能夠保證避雷裝置中的殘壓始終低于絕緣子串放電電壓。在雷電環(huán)境下，即便增加雷擊流，也僅會(huì)稍微增加避雷裝置的殘壓，并不會(huì)對絕緣子造成不利影響，可以從根本上規(guī)避絕緣子閃絡(luò)問題。另外，安裝避雷裝置后，如果電力系統(tǒng)中的輸電線路遭受雷擊，避雷裝置會(huì)將雷電流分化，使其流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線并產(chǎn)生耦合作用，有效提高電線電位，此時(shí)，由于導(dǎo)線與桿塔之間的電位差較小，并且低于絕緣子串電壓，所以可以有效避免絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)問題。但是，避雷器裝置的容量有限，一旦雷電流增加到一定程度，會(huì)燒毀避雷裝置，不僅無法發(fā)揮避雷裝置分流作用，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)、爆炸等一系列安全事故。結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來看，避雷器燒毀事件發(fā)生率較小，當(dāng)前，電氣幾何模型顯示，在雷電流過大的情況下，地面和避雷線的屏蔽作用也會(huì)隨之增強(qiáng)，有利于為導(dǎo)線提供安全保障。簡單來說，在雷電環(huán)境下，如果產(chǎn)生較大雷電流，在避雷裝置分流作用下，雷電流并不會(huì)直接進(jìn)入導(dǎo)線，而是進(jìn)入避雷線或地面。所以，只要保證避雷裝置具備較強(qiáng)的分流作用，就能夠有效避免火災(zāi)、爆炸等安全事故發(fā)生。新時(shí)期背景下，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，多種功能的避雷裝置應(yīng)運(yùn)而生，由于部分避雷裝置造價(jià)較高，所以需要電力企業(yè)做好經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方面的比較分析，合理選擇避雷器。[6]

在安裝避雷器過程中，需要提前做好電氣試驗(yàn)工作，并確定安裝位置。具體需要根據(jù)電氣系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)行環(huán)境、交通條件等要素綜合分析。通常需要優(yōu)先安裝在地勢空曠、容易遭受雷擊的鐵塔上，或者跨越較大的高鐵塔、多雷區(qū)雙回路線路。

2.2 直流變電站防雷

上文提到，直擊雷是危害電力系統(tǒng)的重要因素，針對直擊雷，需要通過以下方式防雷：

第一，安裝避雷針。為了避免變電站在雷擊作用下影響供電效果或引發(fā)安全事故，需要安裝避雷針裝置。常見的避雷針有兩種，一種為獨(dú)立式避雷針，另一種為構(gòu)架式避雷針。在安裝獨(dú)立避雷針時(shí)，為了避免反擊現(xiàn)象，需要保證其與被保護(hù)物體之間保持一定距離。由于變電站電壓不盡相同，所以避雷針安裝也存在差異。具體來說，針對35kV 以下配電裝置，一般不適合安裝構(gòu)架避雷針。針對60kV 配電裝置，如果ρ＜500Ω?m，可以安裝構(gòu)架避雷針，如果ρ＞500Ω?m，可以安裝獨(dú)立避雷針。對于110kV 配電裝置，如果土壤電阻率ρ≤1000Ω?m，可以安裝架構(gòu)避雷針。

第二，安裝避雷線。除了安裝避雷針方式外，可以沿建筑物周圍安裝避雷線，其安裝與避雷針相似，需要保證避雷線與建筑物之間的距離，保障有足夠的空氣和間隙，從而避免反擊現(xiàn)象。

第三，鋪設(shè)接地網(wǎng)。接地網(wǎng)就是多個(gè)接地體連接而成的網(wǎng)絡(luò)，具有接地電阻小的特點(diǎn)，適合應(yīng)用到電氣系統(tǒng)大型設(shè)備中，常見于大型車間、大型變電所中，其能夠使雷擊電壓形成均勻，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的作用。

而且，在雷電侵入波防護(hù)過程中，由于雷電流本身具有峰值變化大的特點(diǎn)，所以會(huì)在周圍形成電磁場。在該范圍內(nèi)的電力設(shè)備和電路均會(huì)在電磁敷設(shè)下產(chǎn)生故障，甚至?xí)a(chǎn)生過電壓并引發(fā)火災(zāi)。針對這一問題，變電站通常會(huì)選擇安裝避雷器的方式減少雷擊危害。閥式變電器是一種較為常見的變電器，一般安裝在母線上，會(huì)對多臺(tái)電力設(shè)備提供保護(hù)。另外，避雷器和變壓器逐漸要保持一定距離，用于電氣引線。在雷電波影響下，避雷器會(huì)作出相應(yīng)動(dòng)作，如果變壓器電壓高于避雷器殘壓，則會(huì)發(fā)生過故障。所以在電氣引線時(shí)需要盡量縮短距離，保證避雷器動(dòng)作能夠保護(hù)變壓器。

3 結(jié)語

綜上所述，新時(shí)期背景下，人們生活、社會(huì)生產(chǎn)對電能需求量不斷增加，促進(jìn)電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，與此同時(shí)，電力系統(tǒng)雷擊事故也隨之增加。尤其對于一些雷電活動(dòng)頻繁、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊事故更是屢見不鮮，不僅影響供電質(zhì)量，還會(huì)對國家造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。針對這一問題，本文通過闡述雷擊對電力系統(tǒng)危害，提出針對性防雷措施，通過安裝避雷器、避雷針、架設(shè)地線等方式，規(guī)避雷擊事故，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性。