輸電線路的綜合防雷解決對(duì)策

盧凱 國(guó)網(wǎng)四川雅安電力（集團(tuán)）股份有限公司

隨著社會(huì)工業(yè)化的發(fā)展，人們對(duì)電能的需求與日俱增，作為供輸電能方式之一的高壓架空輸電線路的安全防護(hù)逐漸為人們所重視，其中雷電活動(dòng)對(duì)輸電線路的影響極大。為保證線路供輸電能的安全穩(wěn)定，各種線路防雷方法和技術(shù)不斷地被提出和應(yīng)用，但對(duì)危害不同類型輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的雷電活動(dòng)進(jìn)行差異化預(yù)防才是關(guān)鍵。

一、輸電線路雷擊過電壓形式

（一）直擊雷過電壓

直擊雷過電壓，表示雷云在擊中建筑物過程中，該物體會(huì)有較強(qiáng)的雷電電流產(chǎn)生于內(nèi)部，在其中進(jìn)行流過，確保該物體內(nèi)部有較高的電壓產(chǎn)生，比如電力裝置、桿塔。

（二）感應(yīng)雷過電壓

感應(yīng)雷過電壓表示雷電在對(duì)周圍大地進(jìn)行擊中時(shí)，由于導(dǎo)電本身的電磁感應(yīng)會(huì)有較大的過電壓產(chǎn)生。一般情況下，可兩部分劃分感應(yīng)雷過電壓，構(gòu)成部分包括電磁分量和靜電分量，在進(jìn)行靜電分量時(shí)，主要經(jīng)先導(dǎo)通道中的雷電荷突然消失靜電場(chǎng)而引發(fā)電磁感應(yīng)電壓，其中可以達(dá)到較高的值。在電磁分量中，主要采用雷擊電流于先導(dǎo)通道中有磁場(chǎng)變化形成而引發(fā)的感應(yīng)電壓，其中放電通道垂直導(dǎo)線，兩者不具備較大的互相感應(yīng)現(xiàn)象，表示為電磁感應(yīng)[1]。

二、雷擊對(duì)輸電線路的危害及作用方式

雷擊即帶電云層對(duì)大地放電時(shí)對(duì)中間建筑物及電氣電子設(shè)備造成損害的過程，而高壓架空輸電線路作為近地空中建筑，其遭受雷擊的強(qiáng)度和頻率之高不言自明。雷擊對(duì)于世界范圍內(nèi)的高壓輸電線路的影響和危害都是十分嚴(yán)重的，輕則導(dǎo)致輸電線路的絕緣子發(fā)生閃絡(luò)而引起輸電線單相接地或者跳閘，造成對(duì)用戶供電的短暫中斷；重則由于雷擊電流在輸電線路中形成雷電進(jìn)行波在線路中傳播，導(dǎo)致避雷器爆炸或者破壞主變壓器的絕緣保護(hù)設(shè)施，進(jìn)而對(duì)用戶供電造成長(zhǎng)時(shí)間的中斷。此外，在特定情況下的雷擊會(huì)在輸電線路中產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電流，但其產(chǎn)生的電壓值小于絕緣子串的絕緣值，只降低絕緣子的絕緣值而不會(huì)直接造成絕緣子閃絡(luò)，但是會(huì)削弱輸電線路后續(xù)的抗雷擊能力。

雷電對(duì)高壓輸電線路的危害主要由雷電沖擊波電流產(chǎn)生的過電壓導(dǎo)致，雷擊在輸電線路或桿塔和避雷線上引起的過電壓主要可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓，前者主要由雷電直接擊中高壓輸電線路產(chǎn)生，后者則主要由雷電擊打在避雷線及桿塔上對(duì)高壓輸電線路產(chǎn)生感應(yīng)電流而形成。其中，雷電直接或者繞開避雷線而擊中輸電線即為直擊或繞擊，此時(shí)雷電流會(huì)在輸電線中直接產(chǎn)生高壓電流而導(dǎo)致絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)；雷電擊中避雷線或者桿塔等設(shè)施稱為反擊，由于所產(chǎn)生的高壓電流不能及時(shí)疏導(dǎo)而在輸電線路形成高壓差，進(jìn)而造成絕緣子閃絡(luò)的發(fā)生。

三、輸電線路中綜合防雷措施

（一）接地裝置設(shè)計(jì)

雷電對(duì)線路的主要影響因素包括線路附近區(qū)域的地理位置、地貌、天氣情況、雷暴日等，這些因素會(huì)對(duì)電線的工作環(huán)境造成影響。因此，在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)之前，需要先調(diào)查清楚當(dāng)前地區(qū)的實(shí)際情況，然后對(duì)收集到的氣象資料進(jìn)行分析，盡量避開山谷、密林、河流、山峰等雷電多發(fā)區(qū)域，降低雷擊現(xiàn)象的發(fā)生頻率。在線路的防雷設(shè)計(jì)中，接地裝置可以減少雷電帶來的危害。線路的接地裝置的設(shè)置需要根據(jù)土壤條件進(jìn)行調(diào)整，其主要目的是降低桿塔的工頻接地電阻。最大工頻接地電阻如表1所示。

當(dāng)土壤電阻率超過2000Ω·m，很難降低到30Ω時(shí)，可以采用6～8根總長(zhǎng)不超過500m的放射形接地體，其接地電阻不受限制。

例如，在某220KV線路中，工作人員就將原本設(shè)計(jì)的4條接地引下線進(jìn)行增加，將2根25m的接引線與2根31m的地下線加以應(yīng)用，使接地裝置升級(jí)為8根外放型接地裝置，將接地電阻降低到原本的35%，避免線路因?yàn)槔讚舭l(fā)生跳閘情況[2]。

（二）布置絕緣避雷線

輸電線路的絕緣避雷線通常具備良好的防雷能力，其能夠?qū)€路進(jìn)行充分的保護(hù)。避雷線可以通過載波通信的方式減少電線短路的情況。避雷線因?yàn)樽饔门c能力的不同，其安裝方式有兩種，一種為將避雷線直接在桿塔上安裝，另一種為將避雷線穿過絕緣子，然后再連接桿塔。線路的電壓與絕緣水平、避雷效果呈正比關(guān)系，如，當(dāng)額定電壓為60KV時(shí)，一般線路處于30～60kA之間，保護(hù)段為60kA；而當(dāng)額定電壓為110KV時(shí)，一般線路處于45～75kA之間，保護(hù)段為75kA；當(dāng)額定電壓為500KV時(shí)，一般線路處于130～170kA之間，保護(hù)段為170kA，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)以此進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，控制好三者之間的關(guān)系。此外，在進(jìn)行線路避雷線設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮線路的負(fù)荷特性、系統(tǒng)運(yùn)行方式、地形地貌特點(diǎn)等因素，并參考當(dāng)?shù)匾呀ǔ删€路的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

表1 最大工頻接地電阻

（三）線路避雷器

在我國(guó)的避雷器市場(chǎng)中，氧化鋅金屬避雷器因其避雷效果良好、相對(duì)成本較低的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用，其主要分為兩種，分別為有串聯(lián)間隙與無間隙。線路避雷器與線路絕緣子之間為串聯(lián)狀態(tài)，在工頻電壓的作用下，電阻會(huì)達(dá)到一定高度，當(dāng)電線受到雷擊時(shí)，強(qiáng)烈的電流會(huì)進(jìn)入避雷器當(dāng)中，當(dāng)雷擊電壓高于導(dǎo)線電壓時(shí)，避雷器會(huì)立刻起到導(dǎo)電泄電的作用，以此降低電擊產(chǎn)生的電壓，保護(hù)線路安全。當(dāng)電壓數(shù)值降到了一定數(shù)值之后，避雷器會(huì)出現(xiàn)“高阻狀態(tài)”，并同時(shí)停止導(dǎo)電泄電作業(yè)，通過正確安裝線路避雷器，可以起到良好的避雷作用[3]。此外，避雷器的價(jià)格以及維護(hù)的成本較高，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)線路的分布以及當(dāng)前地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行避雷器的布置，在雷電多發(fā)區(qū)域以及容易被雷擊的部位安裝避雷設(shè)備。應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用合理的防雷方式，使設(shè)計(jì)更加全面。

（四）安裝繼電保護(hù)裝置

繼電保護(hù)裝置可以對(duì)線路進(jìn)行有效保護(hù)，能夠?qū)⒗讚舻挠绊懛秶M(jìn)行合理控制，從而達(dá)到減小停電范圍的效果。自動(dòng)重合閘的合理選用，有助于線路在遭受雷擊跳閘后迅速恢復(fù)。由于線路絕緣具有恢復(fù)功能，大多數(shù)雷擊造成的沖擊閃絡(luò)和工頻電弧在線路跳閘后迅速去電離，線路絕緣不會(huì)發(fā)生永久性損壞和劣化，自動(dòng)重合閘效果很好。

（五）“疏導(dǎo)式”防雷保護(hù)

我國(guó)避雷設(shè)施的核心策略為努力提升線路的雷電抵抗能力，降低雷電跳閘帶來的威脅。電網(wǎng)企業(yè)將雷電跳閘率作為衡量防雷措施效果的重要標(biāo)準(zhǔn)，防雷保護(hù)較多的采用“堵塞型”防雷方式，這種方法主要應(yīng)用在電源較少，電網(wǎng)薄弱的環(huán)境中，但是在一些電源較多的線路中使用效果卻并不理想。所以，基于線路運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員根據(jù)間隙防雷的特點(diǎn)再次提出了“疏導(dǎo)型”的防雷保護(hù)措施，允許線路存在一定的跳閘情況，將間隙設(shè)備與絕緣子進(jìn)行連接，引導(dǎo)工頻電流，保護(hù)絕緣子的完整性，減少雷擊事件的危害。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)線路情況合理選擇“堵塞型”與“疏導(dǎo)型”保護(hù)措施，提升防雷保護(hù)能力[4]。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，輸電線路綜合防雷措施的應(yīng)用，可以有效保護(hù)輸電線路，減少受到雷電危害。輸電線路被雷擊概率與周邊的環(huán)境、天氣、地形等因素有關(guān)，因此需要工作人員根據(jù)輸電線路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)，合理運(yùn)用防雷原理保護(hù)線路，減少線路的受到雷擊的概率，進(jìn)而保證輸電線路正常運(yùn)行，提升電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。