基于電氣設(shè)備中輸電線路接地裝置的改造技術(shù)研究

蔡偉斌

國網(wǎng)江蘇省電力公司高郵市供電分公司 江蘇 揚州 225600

引言

隨著電氣設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，對電氣設(shè)備使用的安全性提出了更高的要求，做好電氣設(shè)備防雷裝置檢測及其運行維護十分重要?；诖?，本文分別從電氣設(shè)備遭受雷擊的原因、防雷裝置檢測和運行維護等方面進行討論，以增強電氣設(shè)備使用的安全性，將防雷裝置在電氣設(shè)備中的應(yīng)用價值充分發(fā)揮出來。

1 輸電線路防雷接地裝置的重要性

1.1 降低桿塔接地電阻

對于桿塔輸電線路，當(dāng)其處于平原地帶時，任何一種經(jīng)濟和有效的裝置都能起到較好的防雷效果。當(dāng)桿塔處于山區(qū)地帶時，在對輸電線路進行防雷過程中，通常會在桿塔的底部打較深的井，然后采用較長的輻射地線來進行防雷，這種防雷措施由于地線與土壤接觸地面積增加，所以能夠起到有效降低電阻的作用。也可以在深井下利用降阻劑來達到降低電阻，保護輸電線路的作用。對于桿塔較高的情況，則在對輸電線路進行防雷時，可以降低桿塔接地電阻來提高防雷的水平，避免高壓下線路跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。但在采用這種防雷裝置時，需要確保與地面接觸的正確性，這樣當(dāng)雷擊事故發(fā)生時，大量的雷電流則會釋放到大地中，從而確保輸電線路運行的安全性[1]。

1.2 安裝自動重合閘

在輸電線路防雷保護過程中，還需要進行自動重合閘的設(shè)置。雷擊現(xiàn)象屬于自然現(xiàn)象，具有不可控性，雷擊作用在輸電線路時，往往是在瞬間發(fā)生時，雷擊事故發(fā)生后，線路會出現(xiàn)跳閘，從而導(dǎo)致大面積停電事故發(fā)生。利用安裝自動重合閘可以將瞬間性的雷擊進行消除，有效的控制輸電線路跳閘的次數(shù)，確保輸電線路運行的安全，使變電站內(nèi)部設(shè)備的安全性和可靠性得到有效的保障。

1.3 避雷針和避雷器

在輸電線路防雷保護中，避雷針是不可或缺的一項防雷裝置，可以有效起到引雷的作用。所在具體設(shè)計時，可以將引電裝置安設(shè)在避雷針上，這樣一旦雷擊發(fā)生，大部分雷電則會被避雷針引入到大地中。對于雷擊事故頻發(fā)地區(qū)，則可以利用負(fù)角保護針來進行防雷。其主要是在輸電線路的兩加相上設(shè)置避雷針，而且導(dǎo)線上方也安設(shè)避雷針，這樣可以有效形成一個防雷裝置，有效地對雷擊事故起到預(yù)防作用。

防雷裝置的采用，需要與線路所處中段的地形、環(huán)境等因素充分的結(jié)合，選擇適宜的防雷裝置。在具體防雷應(yīng)用過程中，接地電阻所能起到的作用十分有限。所以在輸電線路防雷保護時避雷器的采用是不可避免的，同時在防雷裝置設(shè)計過程中宜采用非線性電阻，從而達到較好的防雷效果。在防雷裝置設(shè)計過程中，需要做好避雷器的連接工作，為了能夠有效地達到防雷的效果，防雷裝置需要串聯(lián)進行放電，但這種串聯(lián)是將避雷器和絕緣子并聯(lián)在桿塔上，從而有效地對雷擊導(dǎo)致的線路燒毀及跳閘問題進行有效控制。

2 電氣設(shè)備遭遇雷擊的原因

在雷雨天氣出現(xiàn)的過程中，電氣設(shè)備極易遭受雷電沖擊電流和電壓的影響，一旦突增的瞬時電流進入到電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，將會損害線路上相關(guān)電子設(shè)備的安全，進而出現(xiàn)電子設(shè)備故障問題，這些需引起工作人員的高度關(guān)注。我國在構(gòu)建電力網(wǎng)絡(luò)之前，大都考慮到了雷電對供電網(wǎng)絡(luò)的危害，并通過安裝相關(guān)的防雷設(shè)施以降低雷電對電氣設(shè)備的危害。為提升電子設(shè)備防雷裝置的科學(xué)性、合理性水平，應(yīng)全面掌握電氣設(shè)備遭受雷擊的原因。雷電對電氣設(shè)備的危害主要包括感應(yīng)雷擊和直擊雷兩種，在雷電天氣出現(xiàn)的過程中，電力系統(tǒng)線路中的電壓和電流均會增強，一旦電壓和電流同額定數(shù)值相符，將會影響電子設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件。

雷電對電氣設(shè)備的主要威脅是指雷電破壞了電流傳輸線路，將帶電云層看作是高壓電容器，其兩端分別與大地和中線進行連接，并構(gòu)成了通電回路，而雷電流則借助于線路不斷流入到供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，進而產(chǎn)生差模電流和共模電流。因電流較大，若電氣設(shè)備缺少相應(yīng)的防雷保護措施，極易引發(fā)用電事故，威脅著人們生命財產(chǎn)安全。因此，應(yīng)對電氣設(shè)備防雷裝置加強研究，并將防雷裝置檢測和運行維護工作做好，為電力系統(tǒng)提供良好的電力供應(yīng)[2]。

3 接地裝置的腐蝕和影響因素

3.1 接地裝置的腐蝕環(huán)境

接地裝置的腐蝕環(huán)境主要有兩種，即大氣腐蝕和土壤腐蝕。

金屬材料的大氣腐蝕主要是材料受大氣中所含的水分、氧氣和腐蝕性介質(zhì)（包括煙塵、表面沉積物）的聯(lián)合作用而引起的破壞。

而土壤腐蝕是指土壤的不同組成部分和性質(zhì)對材料的腐蝕。由于土壤是一個由氣、液、固三相物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中還存在著若干數(shù)量不等的土壤微生物，其新陳代謝也會對材料產(chǎn)生腐蝕。如果把氣候、地區(qū)分布考慮進去，那么，即使是同一種土壤，腐蝕性大小也是不同的。由此可見，土壤腐蝕性的研究是一個非常復(fù)雜的問題。接地裝置中，接地引下線的腐蝕主要是大氣腐蝕，而接地網(wǎng)的腐蝕主要是土壤腐蝕。而接地引下線進入土壤的部分，既有大氣腐蝕的環(huán)境，又有土壤腐蝕的環(huán)境。

3.2 大氣腐蝕的機理

溫度和相對濕度是引起金屬在大氣中腐蝕的重要原因。當(dāng)金屬與比其表面溫度高的空氣接觸時，空氣中的水蒸氣可在金屬表面凝結(jié)，即結(jié)露，這是金屬發(fā)生潮的大氣腐蝕的基本原因。當(dāng)空氣中相對濕度到達某一臨界值時，水分子金屬表面形成水膜，從而促進了電化學(xué)過程的發(fā)展，表現(xiàn)出腐蝕速度迅速增加，此時的相對濕度即為金屬腐蝕臨界相對濕度。金屬表面如有微細(xì)的縫隙、氧化物、小孔、吸潮的鹽類及灰塵等存在，由于毛細(xì)管的凝聚作用，其結(jié)露的臨界濕度降低，這就是經(jīng)常見到的鋼鐵構(gòu)件的狹縫中，蓋有灰塵的表面或有銹層處，特別容易生銹的原因。

3.3 土壤腐蝕的機理

土壤腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，它和其他介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕過程一樣，因金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均一性形成腐蝕原電池，這是腐蝕發(fā)生的根本原因。實質(zhì)上土壤腐蝕是水溶液腐蝕的一種特例。它受土壤的pH值、雜散電流、化學(xué)反應(yīng)、電阻率和微生物作用的影響極大。氧和水是土壤腐蝕的關(guān)鍵因素。但因土壤介質(zhì)具有多相性，不均勻性等特點，所以除了有可能生成和金屬組織的不均一性有關(guān)的腐蝕微電池外，由土壤介質(zhì)的宏觀不均一性所引起的腐蝕宏電池，在土壤腐蝕中往往起著更大的作用。

與接地網(wǎng)腐蝕有關(guān)的土壤性質(zhì)主要有：孔隙度（透氣性）、含水量、電阻率等。而這些影響因素又是相互聯(lián)系、共同作用的。透氣性較好的石渣土、風(fēng)化石等粗粒無黏性土壤中的接地網(wǎng)腐蝕程度較輕。而在密不透氣的黏土中，地網(wǎng)容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，黏性越大，腐蝕越嚴(yán)重。這是因為在氧濃差電池的作用下，透氣性差的區(qū)域?qū)⒊蔀殛枠O而發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。而在透氣性良好的土壤中也更容易生成具有保護能力的腐蝕產(chǎn)物層，阻礙金屬的陽極溶解，使圓鋼腐蝕速度減緩[3]。

土壤中含水量對腐蝕的影響很大，土壤中的水分對于金屬溶解的離子化過程及土壤電解質(zhì)的離子化都是必要的。有資料表明，當(dāng)土壤含水量很高時，飽和度大于95%，氧的擴散滲透受到阻礙，腐蝕減輕。當(dāng)濕度降到10%以下，由于水分的短缺，陽極極化和土壤電阻加大，腐蝕速度又急速降低土壤電阻率越小，土壤腐蝕也越嚴(yán)重。黏性土電阻率較低，地網(wǎng)處于此種土質(zhì)中腐蝕較大，而石渣土等土質(zhì)的電阻率較大，腐蝕較輕。

3.4 接地網(wǎng)設(shè)計缺陷

在接地網(wǎng)的設(shè)計方面，對于每一道設(shè)計工序，如果把關(guān)不嚴(yán)格，有可能存在安全隱患。接地形式應(yīng)該根據(jù)接地點的土壤環(huán)境、氣候環(huán)境等因素合理選擇。土壤環(huán)境一個關(guān)鍵的相關(guān)指標(biāo)為電阻率。一般而言，電阻率高的地方其接地電阻值大。因此，為了適應(yīng)該類地區(qū)的土壤環(huán)境，接地體的面積應(yīng)該做大些，以平衡其電阻率高帶來的負(fù)面影響。同時，在一些受雷電影響較為明顯的地區(qū)，其接地電阻理論值超標(biāo)，將會直接影響接地網(wǎng)的安全可靠性。此外，土壤的酸或堿腐蝕性也是接地體在設(shè)計過程中要重點關(guān)注的方面。如果土壤過酸或者過堿，很容易導(dǎo)致接地體腐蝕斷裂，從而失去了接地網(wǎng)的泄流作用。

4 對電氣輸電線路的防雷接地技術(shù)進行改造的相關(guān)措施

4.1 關(guān)注易發(fā)事故問題

在對電氣設(shè)備防雷裝置進行運行維護的過程中，應(yīng)高度重視起電氣設(shè)備防雷裝置問題，對常見事故現(xiàn)象和出現(xiàn)頻率進行了解，第一時間發(fā)現(xiàn)事故問題并進行解決，始終確保電氣設(shè)備防雷裝置可以正常運行。若電氣設(shè)備電阻值比正常數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)要低，需及時排查故障問題，并采取有針對性的處理對策。為了及時發(fā)現(xiàn)易發(fā)事故問題，需要工作人員具有豐富的理論知識和實踐經(jīng)驗，根據(jù)不良現(xiàn)象找出電氣設(shè)備防雷裝置存在的問題，進而關(guān)注各種事故問題，這是電氣設(shè)備防雷裝置運行維護的重要工作[4]。

4.2 防雷裝置故障預(yù)防措施

一旦電氣設(shè)備防雷裝置出現(xiàn)故障問題，應(yīng)對故障原因進行確定，并找出科學(xué)有效的解決辦法，由于解決過程中會出現(xiàn)一定損失，而采取提前預(yù)防的辦法則能增強運行維護的有效性水平。在電氣設(shè)備防雷裝置檢修后，應(yīng)關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，重新進行查看。在安裝電氣設(shè)備防雷裝置時，一些部位需使用螺接方式連接，此時應(yīng)在該部位安裝彈簧墊圈。若安裝防雷裝置的線路高于110kV，此時不能選用銅鋁過渡材料，否則會引發(fā)線路故障。防雷裝置的提前預(yù)防可以是定期對電氣設(shè)備防雷裝置的絕緣外套進行擦拭，確保其表明清潔干凈，還可以以周為單位對防雷裝置進行檢查。

4.3 做好防雷接地性裝置的檢查工作

在檢查防雷接地性裝置期間，需先設(shè)定好各項檢查項目。在一定程度上，這些檢查項目通常包含著裝置每個連接點的實際狀態(tài)、土壤的電阻效率實際情況、土壤中可否含有一定的化學(xué)成分、電氣設(shè)備各個元件可否牢固等。在細(xì)致化檢查期間，若發(fā)現(xiàn)了有不符合標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)要求的情況，必須責(zé)令及時調(diào)整。如在接地性裝置實際運行期間電阻的樹種不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)期間，必須利用三項的措施予以合理化調(diào)整，具體做法如下:增加垂直地下接地體長度與數(shù)量;應(yīng)用化學(xué)類型降阻劑予以合理化調(diào)整;當(dāng)實際電阻值與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)存在著較大差異性時，需改變該接地體其周邊土壤的阻率，如可使用黑土、黃黏土這些電阻率較低的一些土壤類型，以確保建筑物電氣設(shè)備自身的防雷性有所提升[5]。

5 結(jié)束語

電氣設(shè)備防雷裝置在維護電氣設(shè)備安全可靠運行中扮演著至關(guān)重要的角色。一旦防雷裝置受到損壞，則會影響電氣設(shè)備的正常供電，并產(chǎn)生極其嚴(yán)重的損失。所以相關(guān)部門和工作人員必須要高度重視電氣設(shè)備防雷裝置的檢測以及運行維護工作，在工作中要保持嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，并且加強相關(guān)業(yè)務(wù)技能的學(xué)習(xí)。不斷提升防雷檢測水平以及運維能力，以保障電氣設(shè)備的穩(wěn)定、安全運行，為供電系統(tǒng)的正常供電打下良好的基礎(chǔ)。