架空輸電線路防雷害措施與接地的設(shè)計(jì)分析

王文輝 喬路躍

摘要：現(xiàn)如今人們生活水平得到了很大的改善，電器使用量隨之增加，為了滿足用戶的用電需求，電力企業(yè)在大部分地區(qū)架設(shè)了高壓輸電線路，確保用戶日常生產(chǎn)生活用電。但因受到地形、環(huán)境等多項(xiàng)因素影響，在線路運(yùn)行中可能受到雷擊引發(fā)大面積停電，為人們用電帶來極大不便。對此，應(yīng)加強(qiáng)線路防雷與接地設(shè)計(jì)，確保輸電線路能夠始終安全平穩(wěn)的運(yùn)行。本文就相關(guān)內(nèi)容展開論述。

關(guān)鍵詞：架空;輸電線路;防雷害措施;接地設(shè)計(jì)

1 架空輸電線路中做好防雷與接地工作的必要性

哈密位于新疆東部，是新疆通向中國內(nèi)地的要道，該地區(qū)屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，干燥少雨，晴天多，年平均氣溫9.8度，年降水量33.8毫米，哈密十三間房、煙墩、雅礦、三塘湖、淖毛湖屬于大風(fēng)區(qū)域，這一帶的“百里風(fēng)區(qū)”等地，全年八級以上大風(fēng)口數(shù)超過一百天。

由于架空輸電線路的運(yùn)行處于露天環(huán)境中，故自然環(huán)境中能影響其正常工作的因素較多。在諸多因素中，雷電因素的影響最為重大，有數(shù)據(jù)顯示，在架空輸電線路發(fā)生的故障中，因雷擊造成的跳閘占據(jù)比例約達(dá)2/3。在雷電天氣中，只有具備良好的防雷電設(shè)施，才能避免線路遭受雷擊而干擾電能傳輸甚至使傳輸中斷，以提高電能傳輸質(zhì)量和效率。隨著架空輸電線路的普遍應(yīng)用，為了解決上述問題，首先，在架空輸電線路的構(gòu)成上，絕緣體起到了重要作用，一方面需要使用絕緣體將輸電線路固定在桿塔上，另一方面絕緣體也在很大程度上保證了輸電系統(tǒng)的正常工作。其次，更為重要的是接地裝置的設(shè)計(jì)，這是防雷系統(tǒng)的核心組成部分，也是為提高線路防雷能力所必要的設(shè)計(jì)。桿塔接地裝置是架空輸電線路接地設(shè)計(jì)中的最重要部分，其主要作用是將雷電引入地面，避免輸電設(shè)備受到雷擊而發(fā)生跳閘。綜上可知，對于在露天環(huán)境中運(yùn)行的架空輸電線路，防雷工作至關(guān)重要，而在防雷系統(tǒng)中接地裝置是其核心部分，只有做好接地裝置的設(shè)計(jì)，才能提高輸電系統(tǒng)的防雷能力，進(jìn)而保證輸電工作穩(wěn)定進(jìn)行。

2 架空輸電線路防雷措施探討

2.1 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)最基本措施，通過減小雷電對導(dǎo)線的耦合屏蔽作用、減小電流量產(chǎn)生防止雷電直擊導(dǎo)線的作用，對于防雷保護(hù)十分有效。架設(shè)避雷線的防雷效果根據(jù)線路電壓不同而不同，一般而言效果成正向關(guān)聯(lián)。實(shí)踐表明，對于電壓在110kV以上的線路，需要以20°～30°的保護(hù)角全部架設(shè)避雷線;而達(dá)到500kV的線路則需要將保護(hù)角降至15°左右。保護(hù)角的不同，既影響雷電繞擊率，也同時(shí)影響兩根避雷線之間的距離設(shè)計(jì)。

2.2 安裝線路自動(dòng)重合閘裝置

通過安裝線路自動(dòng)重合閘，同樣有助于架空輸電線路的防雷保護(hù)。一旦雷電擊中輸電線路發(fā)生跳閘情況，線路自動(dòng)重合閘有助于雷擊閃絡(luò)在跳閘后自動(dòng)重合，這將使其恢復(fù)絕緣性能，縮短跳閘時(shí)間，及時(shí)消除故障，保證線路穩(wěn)定。

2.3 不斷優(yōu)化避雷裝置的設(shè)計(jì)工藝，科學(xué)選用避雷裝置

優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝，合理設(shè)置和選用避雷線、避雷器等避雷裝置是一種可行性較高的重要措施。首先，在高壓架空輸電線路中設(shè)置避雷線，不僅可以對輸電線路中的自然雷電進(jìn)行分流，降低其侵害作用，還能夠充分利用導(dǎo)線的耦合作用，使流經(jīng)線路合成絕緣子的電壓大幅度降低。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用導(dǎo)線的屏蔽功能，使感應(yīng)過電壓不會(huì)擊穿線路中的元器件。其次，在設(shè)計(jì)線路時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)充分了解桿塔的高度、架設(shè)區(qū)的自然情況，確保避雷線時(shí)刻處于導(dǎo)線的上方。最后，對線路進(jìn)行定期維護(hù)，及時(shí)排查安全隱患也具有重要意義。

檢修人員對架空地線的運(yùn)行情況和防雷能力進(jìn)行確認(rèn)時(shí)，由于地線支架上的活動(dòng)范圍有限（一般最多只能同時(shí)允許2名人員進(jìn)行作業(yè)），加之受力點(diǎn)難以掌控，一旦出現(xiàn)大風(fēng)或其他惡劣的自然氣候，就很可能威脅到檢修人員的生命安全。為解決該類問題，可采用高壓架空輸電線路直線塔地線提升方式。該方式的主要特征如下：第一，在支架的頂面額外開設(shè)容納槽，在其內(nèi)設(shè)置固定的螺母，并配合設(shè)置絲杠;第二，絲杠兩端伸出支架，在上部安裝棘輪扳手，下端連接吊鉤（借助軸承），在地面設(shè)置平行的夾緊槽，分別安裝第一、第二兩個(gè)螺栓。采用高壓架空輸電線路直線塔地線提升方式可以大幅度提高檢修人員在進(jìn)行線路維護(hù)時(shí)的安全性，有助于其在一次檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除更多的防雷安全隱患，進(jìn)而達(dá)到提高防雷工作質(zhì)量的目的。

2.4 增設(shè)耦合地線及塔頂防雷拉線

耦合地線和防雷拉線并非必要的防雷裝置，一般應(yīng)用于經(jīng)常發(fā)生雷擊或重雷區(qū)內(nèi)。耦合地線，一般加裝在導(dǎo)線下方，對于流入避雷線的電流起到分流、耦合作用，進(jìn)而對降低接地電阻產(chǎn)生間接作用;防雷拉線，一般架設(shè)在塔頂，雷電直擊線路時(shí)會(huì)優(yōu)先接觸防雷拉線，進(jìn)而產(chǎn)生屏蔽效果。

2.5 采用“不平衡”絕緣方式

在野外地區(qū)設(shè)置輸電架空線路時(shí)，考慮到成本，在很多時(shí)候不得不穿過雷電高發(fā)區(qū)?；诖耍览坠ぷ鞯闹饕悸窇?yīng)該集中在提高線路的絕緣能力方面。為達(dá)到該目的，可采用在進(jìn)線位置增設(shè)絕緣子數(shù)量的方式。如此一來，導(dǎo)線與避雷線之間的距離將會(huì)進(jìn)一步加大，線路的絕緣性便會(huì)提高。具體而言，以110kV線路為例，一般在海拔1000m以下的區(qū)域，絕緣子的數(shù)量不會(huì)超過8片;如果桿塔的高度超過40m，則高度每增加10m，需額外設(shè)置1片絕緣子，同時(shí)搭配“不平衡”的絕緣方式，避免線路遭遇雷擊時(shí)跳閘。

2.6 建立完善的雷電監(jiān)測機(jī)制，及時(shí)掌握線路輸配電運(yùn)行情況

第一，線路管理單位應(yīng)與氣象部門建立長期合作關(guān)系，對管轄范圍內(nèi)的天氣情況了如指掌。如果在一段時(shí)間內(nèi)存在雷云聚集的情況，應(yīng)及時(shí)制訂應(yīng)對方案，對區(qū)域內(nèi)的高壓架空線路運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。第二，借助雷電定位系統(tǒng)，一旦線路受到雷擊并出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)鎖定故障區(qū)，幫助檢修人員迅速確定故障位置，在最短時(shí)間內(nèi)使線路恢復(fù)正常。第三，注重收集數(shù)據(jù)，逐漸建立完善的“雷電-高壓架空輸電線路”數(shù)據(jù)庫。

3 架空輸電線路接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 做好桿塔接地設(shè)計(jì)

做好桿塔接地設(shè)計(jì)是保證輸電線路防雷能力的基礎(chǔ)。首先，工作人員應(yīng)當(dāng)前往輸電線路施工現(xiàn)場，對雷擊頻率、高發(fā)雷擊地段進(jìn)行實(shí)地勘察，以設(shè)計(jì)出最合理、最安全的線路方案。另外，工作人員需要對實(shí)際土壤電阻率進(jìn)行準(zhǔn)確測量并根據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算，以確定最終接地形式和接地圖紙。

3.2 降低接地電阻

在桿塔接地設(shè)計(jì)的過程中，還應(yīng)當(dāng)采取措施以降低接地電阻，提高輸電線路的抗雷能力。具體而言，在土壤電阻率較低的地區(qū)，可以先行降低桿塔的接地電阻，對于仍不能達(dá)到要求的，應(yīng)充分利用桿塔、拉線等自然接地。而在土壤電阻率較高的地區(qū)，則需要經(jīng)過現(xiàn)場勘察和分析后采取有針對性的手段來降低桿塔的接地電阻，具體包括但不限于外引接地、復(fù)合接地、放射形接地、連續(xù)伸長接地體、物理接地等，或根據(jù)實(shí)體土壤情況進(jìn)行換土。

3.3 使用降阻劑

降阻劑是電阻工程技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在現(xiàn)代化電力工程中發(fā)揮重要作用。電阻劑具有超高導(dǎo)電性，有助于在接地系統(tǒng)中降低系統(tǒng)整體的接地電阻，使其滿足防雷要求。降阻劑一般多用于山區(qū)、巖石等土壤電阻率較高的地區(qū)，通過深入地面，得以有效增大導(dǎo)電范圍，加速電流分散。

結(jié)束語

綜上所述，我國電力技術(shù)的高速發(fā)展為架空輸電線路的產(chǎn)生和推廣帶來了契機(jī)，而架空輸電線路的應(yīng)用又為供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性創(chuàng)造了條件，也為電力技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了動(dòng)力。為了不斷提升架空輸電線路的防雷性能，需要工作人員在實(shí)踐中注重整體、注重細(xì)節(jié)，更需要研究人員對于理論不斷深入，進(jìn)而保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

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