電力系統(tǒng)防雷重要性及技術(shù)措施探討

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 陳柯豪 胡浩卿 云 霄

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到外界因素的影響，其中雷擊是對(duì)系統(tǒng)影響最大的一種方式。因此必須針對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，選擇合理的技術(shù)降低雷擊的影響，降低雷擊對(duì)電力系統(tǒng)正常工作的破壞，為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行創(chuàng)造保證。

1 電力系統(tǒng)防雷重要性

1.1 電力系統(tǒng)概述

電力是人們生活、生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿ΓS著國(guó)家生產(chǎn)力的發(fā)展和市場(chǎng)需求的增加，電力也變得越來(lái)越重要。為滿足對(duì)市場(chǎng)的需求，電力系統(tǒng)的建設(shè)相比過(guò)去明顯加快，已成為國(guó)家最主要的能源之一，因此需保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免內(nèi)因和外因?qū)﹄娏ο到y(tǒng)正常運(yùn)行的影響，從而給社會(huì)發(fā)展提供保證。但電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中很難避免各種因素所導(dǎo)致的影響，尤其是在輸電線在室外的情況下，會(huì)直接受到極端天氣條件的破壞，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 雷電的影響分析

雷電是一種自然現(xiàn)象，具有非常高的破壞力，如果電力系統(tǒng)受到雷擊，往往會(huì)導(dǎo)致比較嚴(yán)重的事故和損失。雷電對(duì)電力系統(tǒng)的破壞主要包括：

直擊雷。是雷電直接擊中變電設(shè)備或電力系統(tǒng)線路、直接對(duì)電力系統(tǒng)造成作用，并不會(huì)有其他的阻隔物體產(chǎn)生影響，所以對(duì)系統(tǒng)傷害是最大的。直擊雷會(huì)直接作用到配電線路，如果靜電流存在過(guò)電感應(yīng)，兩種電流會(huì)合之后就會(huì)進(jìn)入電力設(shè)備，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害；雷云電感應(yīng)。在雷云下可能會(huì)有靜電感應(yīng)的情況發(fā)生，對(duì)于不同高度的電力線路會(huì)有不同的感應(yīng)電壓，一般在雷云下發(fā)生且會(huì)有一定的靜電效果產(chǎn)生，從而導(dǎo)致雷擊的出現(xiàn)。

電磁感應(yīng)產(chǎn)生雷擊。這種情況下導(dǎo)致的雷擊來(lái)自引下線所導(dǎo)致，在引下線埋入地下時(shí)，一般會(huì)在周?chē)嬗幸欢康慕饘倬€管，由此會(huì)導(dǎo)致金屬線管產(chǎn)生電磁感應(yīng)效應(yīng)，最終導(dǎo)致了雷擊的出現(xiàn)；避雷設(shè)備導(dǎo)致反擊。目前很多地區(qū)都已安裝了防雷系統(tǒng)，包括避雷針、避雷網(wǎng)等，如出現(xiàn)雷擊避雷設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致雷電直接集中在這類設(shè)備上，從而導(dǎo)致地表電壓的上升，如果壓力足夠，就會(huì)導(dǎo)致高壓通過(guò)接地線返回避雷設(shè)備，造成反擊。

1.3 電力系統(tǒng)防雷保護(hù)的重要性

雷電對(duì)電力系統(tǒng)會(huì)造成十分嚴(yán)重的破壞，不僅會(huì)直接破壞電力線路和電力設(shè)備，還會(huì)因電力系統(tǒng)故障影響周邊供電，影響正常的工業(yè)生產(chǎn)和生活，導(dǎo)致嚴(yán)重的直接、間接經(jīng)濟(jì)損失[1]。且設(shè)備在被雷電擊中后很難迅速完成搶修工作，對(duì)生活會(huì)造成巨大影響。因此電力系統(tǒng)應(yīng)做好防雷工作，針對(duì)不同種類的雷擊防范需求做好防護(hù)，減少雷電對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響，提升供電的穩(wěn)定性。

2 高壓交流輸電線路防雷保護(hù)工作

目前國(guó)內(nèi)主要的輸電網(wǎng)絡(luò)為超高壓交流輸電網(wǎng)絡(luò)，這類輸電線路一般處在曠野中，地理范圍跨度很大，且所處地理環(huán)境也比較復(fù)雜，因此很易受到雷擊影響。但這類電路對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行極為重要，所以必須采取針對(duì)性方式達(dá)到防雷目的。

2.1 架設(shè)地線

是高壓線路十分基本的防雷措施，同時(shí)也是電力系統(tǒng)防雷工作的基礎(chǔ)，依靠該技術(shù)可避免直擊雷，從而保護(hù)電力系統(tǒng)的導(dǎo)線。在雷擊中塔頂后地線能對(duì)雷電進(jìn)行分流，讓雷電的能量被大地吸收，有效降低塔頂?shù)碾娢?，使用該方法可?duì)導(dǎo)線發(fā)揮出耦合作用，有效降低在電塔上的絕緣電壓[2]。對(duì)于非直擊桿塔，依靠架空導(dǎo)線的瓶體作用也可有效降低到線上的感應(yīng)過(guò)電壓。

2.2 減小對(duì)地導(dǎo)線的保護(hù)角

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和理論分析結(jié)果，避雷線的對(duì)邊保護(hù)角和線路雷電繞擊率是成正比的，所以通過(guò)降低保護(hù)角才能降低繞擊的概率。一般山區(qū)線路的繞擊率是平原線路的三倍，因此在布置避雷線路時(shí)其保護(hù)角必須做到因地制宜，比如在山區(qū)經(jīng)過(guò)時(shí)，甚至可以設(shè)置零度或負(fù)保護(hù)角。

2.3 合理使用線路避雷器

線路避雷器在應(yīng)用時(shí)需和線路的絕緣子并聯(lián)，如電路遭到了雷擊，避雷器就能利用絕緣子串的50%釋放電壓，即便在雷擊導(dǎo)致電流增大的情況下，避雷器的殘壓也并不會(huì)有太明顯的增加，這樣就避免了絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)問(wèn)題。在完成避雷器安裝后，擊中導(dǎo)線的雷電流就會(huì)被分流從而降低影響，一部分電流會(huì)流經(jīng)避雷線、另一部分會(huì)流向?qū)Ь€，從而產(chǎn)生導(dǎo)線之間的電磁感應(yīng)，分別在導(dǎo)線和避雷線上導(dǎo)致耦合，造成導(dǎo)線的電位升高，此時(shí)導(dǎo)線和塔頂之間的電位差會(huì)小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，能有效避免絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)問(wèn)題[3]。

在實(shí)際應(yīng)用中，需注意避雷器的容量是有限的，在雷電電流過(guò)大的情況下，線路避雷器可能會(huì)被燒毀甚至爆炸，導(dǎo)致其分流作用失效，甚至?xí)哟箅娐肪S護(hù)的難度。但這種情況的發(fā)生概率較小，因?yàn)檫^(guò)大的雷電流一般會(huì)直接擊中地面，所以在實(shí)際應(yīng)用中并不會(huì)有太多影響。由于避雷器的價(jià)格較高，因此須在對(duì)線路安裝前做好經(jīng)濟(jì)性上的分析，以及充分了解線路所經(jīng)過(guò)的環(huán)境，選擇雷擊發(fā)生概率較高、比較嚴(yán)重的位置安裝，如水電站升壓站、鐵塔、大跨越高鐵塔、多累計(jì)雙回路線路等。

2.4 做好導(dǎo)線排布的設(shè)計(jì)

對(duì)于雙回或多回交流線路可采用不同的方式進(jìn)行導(dǎo)線的排布，從而利用排布方式達(dá)到降低回路同時(shí)跳閘率目的，從而有效避免線路中斷。比如對(duì)雙回路線路，為達(dá)到防雷目的，在工程建設(shè)中就可采用正序排序、逆序排序、上下三角排序的方法。通過(guò)對(duì)三種排序方式的反擊跳閘率進(jìn)行計(jì)算，正序、逆序和上下三角的單回跳閘率分別是0.172、0.185和0.186，雙回跳閘率分別是0.172、0.063和0.000，雖然單回跳閘率可能略高，但雙回跳閘率非常低。在工程的實(shí)際建設(shè)中可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)獲得最合理的方法。

2.5 使用不平衡高絕緣方式

為避免雙回跳閘率過(guò)高，可采用不平衡絕緣方式，利用弱絕緣回路導(dǎo)線先出現(xiàn)閃絡(luò)加強(qiáng)對(duì)另一側(cè)回路的屏蔽作用，從而達(dá)到雙回路同時(shí)跳閘的目的。但在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)跳閘率增加的情況，導(dǎo)致雙回跳閘率不能有明顯的效果。通過(guò)改進(jìn)可采取增強(qiáng)一側(cè)回路絕緣強(qiáng)度、保持另一側(cè)回路絕緣強(qiáng)度不變的方式，能降低總跳閘率，以及有效降低雙回路同時(shí)跳閘的概率。

2.6 降低塔桿接地電阻

接地電阻對(duì)線路的耐雷水平有明顯的影響，所以可在實(shí)際工程中根據(jù)電阻率的大小，選擇相應(yīng)的接地裝置來(lái)有效降低塔桿的接地電阻，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，確保系統(tǒng)更加耐雷。如果土壤的電阻率較低，只需采用環(huán)形接地裝置來(lái)滿足電阻的要求；如電阻率相對(duì)較高，則可通過(guò)在環(huán)形接地裝置上焊接多根線型導(dǎo)體，然后利用電阻率的大小來(lái)選擇射線長(zhǎng)度；對(duì)于電阻率超過(guò)2000歐姆的地區(qū)，尤其是河床、沙漠等地段，可將塔桿埋入較深的地下，以及提升塔桿的吸水性來(lái)保證導(dǎo)電性能。

3 變電站發(fā)電廠的防雷

3.1 直擊雷保護(hù)

避雷針。變電站和發(fā)電廠一般使用獨(dú)立避雷針來(lái)進(jìn)行保護(hù)工作，以保證在受到雷擊后，獨(dú)立避雷針和受保護(hù)的變電站之間能保持一定的距離，避免受到損壞。我國(guó)當(dāng)前對(duì)不同變電站、發(fā)電廠的要求有一定區(qū)別，所以要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行避雷針的選擇[4]。對(duì)35kV及以下配電裝置變電站必須采用獨(dú)立避雷針；60kV配電裝置在電容較小的地區(qū)可使用構(gòu)架避雷針，但如果地點(diǎn)的電容較大，就可使用獨(dú)立避雷針。

避雷線。可在變電站或發(fā)電廠的屋頂利用金屬線構(gòu)成封閉的環(huán)形制作避雷線，降低雷電的影響。應(yīng)用避雷線時(shí)也要考慮空氣和地下間隙的作用，控制好反擊距離；做好接地網(wǎng)的鋪設(shè)。接地網(wǎng)絡(luò)使用多個(gè)接地體干線組成網(wǎng)絡(luò)，具有可靠和電阻小的特點(diǎn)，適合在擁有大量電氣設(shè)備時(shí)進(jìn)行接地工作，所以一般會(huì)使用在大型變電所、配電所中。利用接地網(wǎng)要保證均壓，即保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相等的電壓，對(duì)于設(shè)備的安全運(yùn)行也十分重要。

3.2 防止雷電侵入波

雷電的電流具有非常大的峰值和陡度，所以在其周?chē)鷷?huì)瞬間出現(xiàn)電磁場(chǎng)，然后會(huì)有較大的電動(dòng)勢(shì)，從而在一定范圍內(nèi)形電動(dòng)勢(shì)，會(huì)對(duì)三維空間內(nèi)的所有電路設(shè)備都產(chǎn)生作用[5]。所以會(huì)在一瞬間產(chǎn)生很高的電壓，甚至?xí)斐善鸹鸬那闆r。為避免雷電侵入波的影響，變電站和發(fā)電站一般都會(huì)使用避雷器作為防雷措施，使用時(shí)，會(huì)將變電站和發(fā)電廠中的閥式避雷器與被保護(hù)絕緣不接在同一個(gè)點(diǎn)上，并將閥式避雷器安裝于母線，達(dá)到保護(hù)多個(gè)電氣設(shè)備目的。

4 直流輸電系統(tǒng)的防雷策略

直流輸電系統(tǒng)已成為我國(guó)電力系統(tǒng)的重要組成部分，由于雷擊會(huì)導(dǎo)致直流輸電線路出現(xiàn)絕緣閃絡(luò)，從而導(dǎo)致較大的短路直流，因此對(duì)直流輸電系統(tǒng)的危害較大。對(duì)直流系統(tǒng)的防雷保護(hù)中可采用減小避雷保護(hù)角的方法，使用該方法可以和交流電一樣能降低雷擊線路的閃絡(luò)幾率。也可采取增加線路絕緣和減小塔桿電阻的方法，可將雷擊電路反擊閃絡(luò)概率有效降低。

綜上，雷擊會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成十分嚴(yán)重破壞，因此對(duì)電力系統(tǒng)做好防雷擊工作極為重要。需根據(jù)電力系統(tǒng)的類型選擇合適的防雷擊技術(shù)，嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展防雷擊工作，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造安全保證。