防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中高壓輸電線路是重要的組成部分，輸電線路經(jīng)過(guò)的很多地方環(huán)境惡劣，丘陵、高山、曠野等地理位置都有涉獵，輸電線路又暴露在空氣中，特別容易受到外界環(huán)境的破壞。雷電是目前危害輸電線路正常運(yùn)行的主要原因，雷電擊中輸電線路的概率雖小，但雷擊時(shí)候產(chǎn)生的高壓和強(qiáng)電流是破壞輸電線路、電力設(shè)備的重要因素，甚至?xí)斐纱蠓秶ｋ姷默F(xiàn)象，所以，防雷技術(shù)成為輸電線路設(shè)計(jì)中首先要考慮的問(wèn)題。

1 雷電現(xiàn)象概述

在強(qiáng)對(duì)流天氣下，雷雨云層之間出現(xiàn)瞬間放電的過(guò)程叫做雷電現(xiàn)象。發(fā)生雷電現(xiàn)象的瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的電流，想成猛烈的高溫效應(yīng)，雷雨云層間出現(xiàn)電磁場(chǎng)感應(yīng)，隨之而來(lái)的還有超強(qiáng)的電磁輻射等物理變化，帶來(lái)不良的影響，是典型的自然災(zāi)害。雷電一般分為直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。在帶電云層和大地間產(chǎn)生極強(qiáng)的電流現(xiàn)象就是我們通常說(shuō)的直擊雷。感應(yīng)雷是由于靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)的相互作用，在帶電云層和地面區(qū)域攜帶相反的電荷。直擊雷在產(chǎn)生的瞬間放電云層的電荷會(huì)在放電時(shí)快速消失，但由于地面電阻較大，電荷消散時(shí)間稍長(zhǎng)，導(dǎo)致地面范圍內(nèi)高電位，造成電擊現(xiàn)象?；蚴侵睋衾自诜烹姇r(shí)，區(qū)域范圍內(nèi)的導(dǎo)線會(huì)與電磁脈沖產(chǎn)生電磁感應(yīng)，出現(xiàn)電擊現(xiàn)象[1]。

2 雷電對(duì)輸電線路的危害

雷電是自然界中常見(jiàn)的現(xiàn)象，夏季容易下雨，因此最容易發(fā)生雷電事故。雷電隨著地理位置的不同產(chǎn)生的頻率不同，赤道附近的雷電現(xiàn)象是最常出現(xiàn)的，越往南北方向越少，雷電現(xiàn)象在高層建筑和帶有尖端的建筑物上是最常發(fā)生的，這是人們的生活常識(shí)，其實(shí)輸電線路也常常遇到雷電現(xiàn)象的破壞和影響。對(duì)于輸電線來(lái)說(shuō)，雷電的主要危害為以下幾種情況。第一，發(fā)生雷電現(xiàn)象時(shí)往往有嚴(yán)重的高熱效應(yīng)，雷電擊打在輸電線路上產(chǎn)生的電流數(shù)值非常大，甚至可達(dá)數(shù)十萬(wàn)，高電流會(huì)造成輸電線路的溫度過(guò)高，當(dāng)溫度達(dá)到金屬融化點(diǎn)，線路中的金屬導(dǎo)線會(huì)受到影響而融化，嚴(yán)重時(shí)輸電線路桿塔會(huì)倒塌，這對(duì)輸電線路的危害是非常嚴(yán)重的，很有可能造成電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。第二，雷電現(xiàn)象會(huì)帶來(lái)高壓效應(yīng)，雷電的電壓值非常高，甚至可達(dá)到十萬(wàn)伏特以上，雷電擊中輸電線路時(shí)的高壓是導(dǎo)致輸電線路短路、跳閘的主要原因，甚至可能燒壞變壓器，給輸電設(shè)備和金屬導(dǎo)線帶來(lái)嚴(yán)重的不良影響，最嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)火災(zāi)，威脅到人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。第三，雷電現(xiàn)象往往伴隨著電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這會(huì)讓輸電線路形成電磁場(chǎng)，輸電線路的電流會(huì)增大，再結(jié)合高熱效應(yīng)，大大的提高了對(duì)輸電線路的危害，很有可能被破壞的輸電線路不能修復(fù)。所以，在輸電線路中，防雷技術(shù)是必須要重視的話題[2]。

3 輸電線路設(shè)計(jì)中防雷技術(shù)的重要性

輸電線路運(yùn)行時(shí)遭遇雷擊是影響輸電線路正常運(yùn)行的常見(jiàn)原因。雷擊現(xiàn)象具有很強(qiáng)的突擊性和爆發(fā)性，它能在擊中的一瞬間產(chǎn)生磁場(chǎng)效應(yīng)、高熱效應(yīng)，具有很強(qiáng)的破壞力。所以，電力輸電線路一旦被雷擊中，就會(huì)有非常大的不良影響，出現(xiàn)輸電線路破損等現(xiàn)象，導(dǎo)致輸電線路故障。輸電線路運(yùn)行中被雷擊中導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)故障的情況大致有以下三種。

3.1 雷電直接擊中桿塔

輸電線路主要由架空輸電線路和電纜輸電線路兩部分構(gòu)成，架空輸電線路由輸電導(dǎo)線、桿塔、絕緣子、拉線、桿塔基礎(chǔ)、接地裝置等部分組成，輸電線路中的桿塔往往較高，當(dāng)大自然感應(yīng)到雷云中的電荷，輸電線路桿塔則是傳導(dǎo)雷電的媒介，就會(huì)引來(lái)雷電直接擊中桿塔，塔頂?shù)碾娢煌蝗簧撸娢怀^(guò)絕緣子的抗雷最大值，導(dǎo)致絕緣子產(chǎn)生發(fā)電現(xiàn)象，這樣的單線接地現(xiàn)象是導(dǎo)致輸電線路故障的主要因素。

3.2 雷電直接擊中導(dǎo)線

雷電繞過(guò)避雷線，直接擊中輸電線路的導(dǎo)線，造成了絕緣子閃爍引發(fā)跳閘或是停電現(xiàn)象，也叫做“繞擊閃爍故障”。引發(fā)繞擊閃爍故障的原因有很多種，常見(jiàn)的有避雷線保護(hù)、桿塔設(shè)計(jì)高度、地理?xiàng)l件、導(dǎo)線布置形式等。

3.3 雷電擊中線路周邊

電力技術(shù)與設(shè)備隨著我國(guó)科技水平的提升而不斷發(fā)展和創(chuàng)新，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中逐步應(yīng)用了高集成度的電子設(shè)備，這類設(shè)備對(duì)雷電電磁脈沖的反應(yīng)極強(qiáng)，當(dāng)雷電擊中輸電線路的周圍，輸電線路瞬間形成感應(yīng)，大大增加了電力輸電線路的電荷，引發(fā)絕緣子被破壞，甚至很可能侵入變電站，影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

因此，防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用，對(duì)輸電線路的正常運(yùn)行有著重要影響。

4 輸電線路中防雷技術(shù)的設(shè)計(jì)原理

電力相關(guān)工作人員在設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)，應(yīng)充分考慮到輸電線路所在地區(qū)的氣象條件、雷電流幅值密度等，結(jié)合當(dāng)前線路電壓、設(shè)施安裝等情況綜合考慮，分析雷電擊中事故對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的破壞機(jī)理，采用科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施。

4.1 選擇合理的輸電線路

雷電現(xiàn)象的發(fā)生頻率與輸電線路所在的地形地貌、地理環(huán)境、氣候氣象等環(huán)境特征聯(lián)系密切。工作人員在設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)，應(yīng)收集分析當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，盡可能的避開(kāi)山谷、水域上方以及盆地等雷電頻率較大的地域，盡可能的減少被雷電擊中的機(jī)率。

4.2 正確的防雷措施

輸電線路的防雷措施我們目前主要采用的是架設(shè)避雷線、來(lái)降低接地電阻、提高絕緣等級(jí)、安裝線路型避雷器、增加耦合地線等方法。架設(shè)避雷線和安裝避雷器是有效保護(hù)輸電線路的主要措施，合理的選擇輸電路徑之后，為了更好的減小雷電帶來(lái)的磁場(chǎng)感應(yīng)、強(qiáng)電流、電熱效應(yīng)等帶來(lái)的不良影響，在輸電線路中架設(shè)避雷線安裝避雷器，有效的將雷擊時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電流引向接地裝置，防止輸電線路遭到破壞。輸電線路的電壓等級(jí)不同，選擇的避雷器和避雷線不同，避雷設(shè)備的選擇與雷擊放電強(qiáng)度、雷電流峰值等因素有關(guān)，也與輸電線路接地設(shè)備的接地電阻參數(shù)有關(guān)[3]。

4.3 安裝繼電保護(hù)裝置

輸電設(shè)備設(shè)計(jì)中，雖然各種措施能有效減少雷擊事件發(fā)生的機(jī)率，有效避免了一些輸電配電設(shè)備遭受破壞的情況，但雷電現(xiàn)象屬于自然現(xiàn)象，具有很大的偶然性。為了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，繼電保護(hù)裝置的安裝必不可少，不僅能減小雷擊的波及范圍，盡可能的減小斷電的可能性，還能加強(qiáng)電力系統(tǒng)遭遇故障時(shí)的自愈性，在遭遇雷擊事件引發(fā)輸電線路故障時(shí)，能自動(dòng)合閘供電。

4.4 疏導(dǎo)式防雷保護(hù)

防雷措施的主要內(nèi)容是盡可能的提高輸電線路遭遇雷擊時(shí)的抗性，減少跳閘機(jī)率。線路雷擊跳閘率是我國(guó)電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要考核指標(biāo)之一，也就是“堵塞型”防雷保護(hù)，這樣的保護(hù)方式非常適合在電源點(diǎn)稀少，電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱時(shí)使用，但是這樣的方法投入資金較大，且此類技術(shù)實(shí)施的難度較大。所以，防雷專家們提出了間隙防雷這樣的疏導(dǎo)式防雷保護(hù)措施，這一方式允許在運(yùn)行中有一定的雷擊跳閘機(jī)率，將間隙裝置與絕緣子連接在一起，對(duì)雷電路徑進(jìn)行定位疏導(dǎo)，避免絕緣子被破壞，雖然遭遇雷擊，但在重合閘成功的情況下電路能很好的保護(hù)。因此，疏導(dǎo)式和堵塞式如果能有效的結(jié)合起來(lái)，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)運(yùn)用，能更好的保護(hù)輸電線路不受雷電影響。

5 防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

5.1 選用科學(xué)合理的電路路徑

輸電線路所在的區(qū)域不同，地理位置條件不同，遭遇雷擊危害的幾率不同。頻繁發(fā)生雷擊事故的地區(qū)不是輸電線路鋪設(shè)的最佳環(huán)境。因此，在進(jìn)行輸電線路鋪設(shè)的路徑選擇中要盡可能的避開(kāi)這些區(qū)域。有效避免此類路徑的具體內(nèi)容包括以下幾種。其一，四面環(huán)山，中間洼陷潮濕的盆地區(qū)域，特別是旁邊山脈起伏蜿蜒，或者是有池塘、水庫(kù)等的鐵塔附近更是應(yīng)該避開(kāi)的；其二，特別容易發(fā)生土壤電阻率變化或者已經(jīng)變化的地方，這些地方的土壤電阻較低，例如山丘與稻田、巖石和土壤的連接處，或者地質(zhì)斷裂帶，有溪流的小山谷等；其三，雷暴現(xiàn)象特別多的山谷峽谷地區(qū)；其四，地下深埋著導(dǎo)體礦物質(zhì)、地下水位較高等地區(qū)；其五，一些光照較好的山坡、土壤很好的山地等，雖然這些地方電阻差距不大，但是與其他普通地方相比，這些地方發(fā)生雷擊事件的機(jī)率較大[4]。

5.2 在輸電線路上安裝避雷器

避雷器在很多方面解決了避雷線的不足，將避雷器和避雷線結(jié)合起來(lái)能更好的實(shí)現(xiàn)防雷效果。安裝避雷器需要進(jìn)行精密的計(jì)算，確定雷電流值，輸電線路中的電流超過(guò)這個(gè)數(shù)值，避雷器將會(huì)自啟，將電流引入地面，保障輸電線路運(yùn)行狀態(tài)正常。另外，安裝避雷器后可以與鐵塔輸電線路配合，充分發(fā)揮其作用，實(shí)現(xiàn)防雷效果最大化。

5.3 做好防雷接地裝置工作

防雷技術(shù)接地裝置是電力輸送系統(tǒng)裝置中重要的組成部分，能有效降低和減小輸電線路運(yùn)行中遭遇雷電破壞的機(jī)率。但是，我國(guó)電力系統(tǒng)在建設(shè)初期時(shí)防雷技術(shù)不成熟，導(dǎo)致一些地區(qū)的電力輸送線路在遭遇雷擊后又不同程度的破損，造成了高壓輸電線路絕緣子性能下降，有著很大的安全隱患。針對(duì)這一現(xiàn)象，電力企業(yè)在鋪設(shè)輸電線路時(shí)，就需要做好輸電線路的防雷接地裝置工作，結(jié)合不同的地形地貌和天象環(huán)境等條件，科學(xué)合理的運(yùn)用現(xiàn)代防雷技術(shù)，發(fā)揮出防雷技術(shù)在接地電阻中的最大作用，保障輸電線路的安全穩(wěn)定。接地裝置從總體上看能分為兩類，保護(hù)性接地和功能性接地。保護(hù)性接地是為了避免高壓串入低壓線路導(dǎo)致漏電情況，將靜電通過(guò)接地裝置引入地面，避免靜電損傷的情況以及避免雷電接地造成的強(qiáng)電流造成電力設(shè)備的損壞。功能性接地設(shè)備主要應(yīng)用在控制系統(tǒng)的設(shè)備中，例如系統(tǒng)接地、信號(hào)接地、屏蔽接地等。電力系統(tǒng)接地又分為安全接地、避雷接地、工作接地和防靜電接地。安全接地方式是將設(shè)備的金屬外殼接地，一般分為接零保護(hù)和接地保護(hù)等。避雷接地裝置能將雷雨天氣中雷電的強(qiáng)電流高電壓引導(dǎo)入大地，避免破壞電力設(shè)備。工作接地是指針對(duì)電力系統(tǒng)中的某個(gè)點(diǎn)接地，預(yù)防電力設(shè)備在運(yùn)行中受到高壓損害，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。防靜電接地裝置能在靜電聚集成高電壓時(shí)干擾弱電設(shè)備，有效避免靜電帶來(lái)的安全隱患[5]。

5.4 安裝自動(dòng)重合閘裝置

自動(dòng)重合閘的作用是線路遭遇事故時(shí)受到故障影響繼電保護(hù)器自動(dòng)跳閘，自動(dòng)重合閘會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)重新連接。自動(dòng)重合閘大多運(yùn)用在架空線輸電和架空線供電上，它主要表現(xiàn)為單相重合閘、三相重合閘、綜合重合閘、停用重合閘幾個(gè)形態(tài)。自動(dòng)重合閘能有效增強(qiáng)供電的穩(wěn)定可靠性，減少輸電線路發(fā)生停電現(xiàn)象，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。與此同時(shí)，自動(dòng)重合閘的投入成本較低，在電力系統(tǒng)中運(yùn)用得十分廣泛。輸電線路故障不嚴(yán)重，重合越快，達(dá)到的成效就越好，由于自動(dòng)重合閘裝置在輸電線路中成功率很高，使它成為了防雷技術(shù)中最有效的防雷舉措。

6 結(jié)語(yǔ)

輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)工作人員要充分考慮線路所處的實(shí)際情況，包括地理位置、地形氣候、天氣趨勢(shì)等，將防雷技術(shù)的作用分揮到最大值，降低輸電線路遭遇雷擊的概率，有效減少雷擊對(duì)線路造成的損壞，這需要廣大電力工作者依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷在實(shí)踐中總結(jié)分析，探索出更強(qiáng)的防雷技術(shù)，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。