高壓輸電線路的防雷技術(shù)研究

來(lái)瑞

摘要：我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行中，高壓輸電線路發(fā)揮著非常重要的作用，其能夠?qū)崿F(xiàn)電能的遠(yuǎn)距離傳輸，降低電能在傳輸過(guò)程中的損耗，同時(shí)，也可以提高電網(wǎng)系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全性和可靠性。高壓輸電線路采用的是架空敷設(shè)的方式，因此，需要切實(shí)做好防雷工程設(shè)計(jì)工作，以保證線路的運(yùn)行安全。論文從高壓輸電線路雷擊的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合具體案例，對(duì)高壓輸電線路防雷工程設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，以供參考。

關(guān)鍵詞：高壓;輸電線路;防雷設(shè)計(jì)

引言

雷電對(duì)高壓交流輸電線路運(yùn)行造成不良影響，甚至還會(huì)引發(fā)電力事故，嚴(yán)重威脅人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，防雷技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓交流輸電線路的有效保護(hù)，確保該線路能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，為供電的穩(wěn)定性和可靠性提供重要的技術(shù)支持。因此，如何將防雷技術(shù)科學(xué)地應(yīng)用于高壓交流輸電線路中是相關(guān)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1輸電線路雷電防護(hù)的重要性

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的故障檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雷擊給架空輸電線路帶來(lái)的供電故障不在少數(shù)，尤其是在那些雷電頻繁發(fā)生的地區(qū)，只要發(fā)生電力系統(tǒng)故障，基本上都是由雷擊造成的，人民日常生活也深受其害。另外，在山區(qū)地段，由于地理位置的原因，傳輸線會(huì)在大山上起伏架設(shè)，因此傳輸線會(huì)出現(xiàn)很大的垂直高度差，這就給冷熱空氣提供了很好的交替場(chǎng)所，空氣對(duì)流現(xiàn)象頻繁，傳輸線容易受到閃電的侵襲。因此，在線路的初步設(shè)計(jì)中，有必要考慮防雷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并闡明其合理性和重要性[1]。

2高壓交流輸電線路防雷技術(shù)

2.1架設(shè)耦合地線

根據(jù)雷擊閃絡(luò)反擊相關(guān)原理可知，為保證高壓交流輸電線路施工質(zhì)量，相關(guān)人員要采用增加耦合系數(shù)的方式，有效地降低電感強(qiáng)度以及接地電阻值，為進(jìn)一步提升該線路防雷水平打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。增加耦合系數(shù)方式在具體的運(yùn)用中，需要做好對(duì)架空地線和耦合地線的布設(shè)，但是，雷擊一旦出現(xiàn)容易形成穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此，相關(guān)人員要借助桿塔接地射線電磁感應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)手段，不斷提高整個(gè)線路的耦合地系數(shù)，此外，對(duì)于易雷擊區(qū)域，要在該區(qū)域的周圍搭建架空地線，使該線路在遭受雷擊后，可以采用耦合或者分流的方式，對(duì)雷電流進(jìn)行處理，最大限度地降低雷擊對(duì)桿塔的耐壓值，確保110kV高壓交流輸電線路能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。

2.2設(shè)置避雷裝置

對(duì)于特高壓輸電線路，在精細(xì)防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理設(shè)置避雷裝置，在不大幅度改變桿塔電位的情況下，避免出現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)情況。一般情況下，適用于特高壓輸電線路的避雷器有很多，結(jié)合該工程實(shí)際情況，可供選擇的避雷器有2種：（1）無(wú)間隙型避雷器，可以直接與導(dǎo)線連接，屬于電站型避雷器的升級(jí)版本，能夠?qū)讚舢a(chǎn)生的沖擊進(jìn)行有效吸收，也可以避免出現(xiàn)電氣設(shè)備老化問(wèn)題;（2）帶串間隙型避雷器，主要是利用空氣間隙與導(dǎo)線連接，其本身的功能需要在雷電流作用下才能真正發(fā)揮出來(lái)，避免雷擊的可靠性極高，使用壽命長(zhǎng)。這種避雷器在高壓、超高壓以及特高壓輸電線路中被廣泛使用，具備相應(yīng)的間隙隔離功能，而且在設(shè)置時(shí)不需要考慮電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓，即便避雷器發(fā)生故障，也不會(huì)影響輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性[2]。

2.3接地射線

在對(duì)的高壓電傳輸線路進(jìn)行維護(hù)時(shí)，最應(yīng)該考慮的是接地設(shè)備的改進(jìn)問(wèn)題。由于改進(jìn)后的接地裝置不僅可以達(dá)到降低線路塔遭遇雷擊后的跳閘概率的目的，甚至降低的程度可以達(dá)到20%～30%，如果一開(kāi)始電力公司安裝的線桿接地設(shè)備效果不好，通過(guò)對(duì)接地裝置進(jìn)行改良后所能降低雷電擊中而發(fā)生線路跳閘的概率可以高達(dá)一半左右。在改進(jìn)接地裝置時(shí)，可以使用減小接地塔電阻的方法。具體方法是將接地電極埋至深處，然后填充低電阻物質(zhì)。將地線布置在水泥式桿塔線上時(shí)，與桿塔之間的距離應(yīng)該為3～5m。布置塔架線路的垂直接地極時(shí)，與桿塔之間的距離應(yīng)該控制在5～8m。另外，接地裝置也可以通過(guò)增加耦合清洗來(lái)進(jìn)行改進(jìn)。不過(guò)值得技術(shù)人員考慮的是，雷電在擊中高壓線路的過(guò)程中會(huì)存在瞬態(tài)行波和穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此可以考慮通過(guò)加強(qiáng)電磁感應(yīng)式塔架接地線來(lái)改善接地裝置。另外在檢測(cè)到土壤中的電阻率超過(guò)1000Ω·m，可以考慮引入高壓電線來(lái)增強(qiáng)電磁感應(yīng)塔接地梁結(jié)構(gòu)的搭設(shè)。

2.4提高輸電架空線路的絕緣能力，可采用“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(guò)雷電高發(fā)區(qū)。基于此，防雷工作的主要思路應(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(lái)，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(guò)8片;如果桿塔的高度超過(guò)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[3]。

2.5優(yōu)化桿塔規(guī)劃

在輸電線路中，桿塔形式多種多樣，桿塔本身也是最容易發(fā)生雷電繞擊的部分。因此，工程中實(shí)際使用的塔形都要結(jié)合具體工程進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后確定，其目的是既能保證線路安全運(yùn)行又經(jīng)濟(jì)合理。以本工程為例某1000kV交流特高壓輸變電工程線路工程全長(zhǎng)759.414km，途經(jīng)安徽省181.061km（一般線路178.4km、淮河大跨越2.661km）、江蘇省519.053km（一般線路514km、長(zhǎng)江大跨越5.053km）、上海市59.3km。

根據(jù)前期研究成果，本工程桿塔規(guī)劃需要堅(jiān)持幾個(gè)基本原則：（1）根據(jù)工程線路的實(shí)際斷面，進(jìn)行無(wú)約束條件的桿塔排位，合理規(guī)劃桿塔設(shè)計(jì)條件和直線塔搖擺角系數(shù);（2）地線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)角在平地不大于-3°，山地不大于-5°，耐張塔地線對(duì)跳線保護(hù)角不大于0°。導(dǎo)地線水平位移滿足相應(yīng)規(guī)程要求;（3）一般地區(qū)桿塔為同塔雙回路導(dǎo)線垂直排列，I形串懸掛布置;在走廊擁擠地區(qū)，根據(jù)實(shí)際情況，分別為同塔雙回路垂直排列V形絕緣子串或Y形絕緣子串懸掛布置，以及同塔四回路V串懸掛布置，盡量降低走廊寬度，以此分別規(guī)劃桿塔系列。在工程全線，共規(guī)劃塔形76種，27m/s風(fēng)區(qū)、10mm冰區(qū)平地段共規(guī)劃14種塔形;30m/s風(fēng)區(qū)、10mm冰區(qū)平地段共規(guī)劃17種塔形;30m/s風(fēng)區(qū)、10mm冰區(qū)山地段共規(guī)劃9種塔形;32m/s風(fēng)區(qū)、10mm冰區(qū)平地段同塔雙回路V串/Y串共規(guī)劃24種塔形;32m/s風(fēng)區(qū)、10mm冰區(qū)平地段同塔四回路V串共規(guī)劃12種塔形;其中，采用皖電東送桿塔成果35個(gè)，新設(shè)計(jì)塔形41個(gè)[4]。

3結(jié)束語(yǔ)

本研究討論的目的在于保障電力高壓輸電線系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在這一過(guò)程中可以考慮多種手段并行。首先是加強(qiáng)電力系統(tǒng)的建設(shè)，其次是必須要對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行定期的維護(hù)和修理，另外還有一些相應(yīng)措施也可以實(shí)施，如改進(jìn)防雷機(jī)制，改善線路的耐久性和絕緣性，以及施工改進(jìn)應(yīng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定和相關(guān)電力規(guī)范進(jìn)行等。通過(guò)這些有效手段可以保證國(guó)家電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以全面提高電網(wǎng)的工作效率，可以為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王振國(guó)，李特，王少華，等.浙福特高壓交流輸電線路避雷器繞擊防護(hù)性能評(píng)估[J].電瓷避雷器，2021（5）：61-65.

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[3]朱巒.高壓輸電線路的防雷技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程.2018（01）.

[4]于洋.鐵路變配電系統(tǒng)的雷擊危害與防雷技術(shù)分析[J].集成電路應(yīng)用.2021（09）.