我國輸電線路運(yùn)行現(xiàn)狀及防雷保護(hù)

孫祺智

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司）

0 引言

隨著近年來我國電網(wǎng)建設(shè)速度的不斷加快，我國的電氣網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本覆蓋全國，而輸電線路是電力系統(tǒng)中十分重要的設(shè)備，是電網(wǎng)的重要組成部分。在進(jìn)行現(xiàn)代化的電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，輸電線路相關(guān)規(guī)劃工作成為一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容。雖然輸電線路的發(fā)展速度極快，但根據(jù)相關(guān)的輸電線路運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際狀況下輸電線路的運(yùn)行受到許多不確定因素的影響較為明顯，尤其是在我國幅員遼闊的背景下，十分容易出現(xiàn)雷擊等諸多災(zāi)害問題。所有因素的綜合產(chǎn)生，必然會(huì)導(dǎo)致我國的輸電線路供用電狀況受到影響，這對(duì)于我國現(xiàn)代電網(wǎng)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生極大的影響。我國現(xiàn)有的輸電線路在架設(shè)時(shí)主要分布在曠野、山區(qū)和丘陵等地區(qū)，尤其是在運(yùn)行過程中容易受到多方面因素的影響，輕則導(dǎo)致輸電中斷，重則還有可能導(dǎo)致設(shè)備破壞引發(fā)大面積的停電事故，所以如何保障輸電線路在運(yùn)行過程中的安全穩(wěn)定是相關(guān)工作人員需要關(guān)注的一個(gè)重要課題。高壓輸電線路作為電力系統(tǒng)的核心構(gòu)成，由于身處戶外極易受到環(huán)境因素的影響，特別是在雷雨等極端天氣，易導(dǎo)致高壓輸電線路發(fā)生故障，不僅影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，還直接影響用電安全。在此背景下，避雷器成為高壓輸電線路的重要構(gòu)件，是保障高壓輸電線路極端天氣應(yīng)對(duì)能力的關(guān)鍵。但是，高壓輸電線路避雷器安裝具有工藝復(fù)雜性高與環(huán)境復(fù)雜性高的特點(diǎn)，對(duì)安裝人員的技術(shù)能力與精力集中度具有較高的要求，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。在此背景下，自動(dòng)化技術(shù)被用于高壓輸電線路避雷器安裝與更換工作之中，在保障電壓輸電線路正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下帶電作業(yè)，不僅降低了安裝人員的工作風(fēng)險(xiǎn)，還提高了避雷器安裝與更換的效率。

1 目前的輸電線路運(yùn)行狀況分析

現(xiàn)階段我國的電網(wǎng)建設(shè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，而其中的輸電線路建設(shè)工程也越來越多，每一個(gè)輸電線路工程在建設(shè)時(shí)均具有其自身特點(diǎn)。首先在我國輸電線路工程不斷發(fā)展的背景下，科學(xué)技術(shù)水平也在不斷優(yōu)化。我國在輸電線路建設(shè)中所選擇的新技術(shù)越來越多，而這些新技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上促進(jìn)了我國輸電線路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，這對(duì)于提高輸電線路的運(yùn)行效率和安全性來說極為重要。在實(shí)際的輸電線路工程設(shè)計(jì)時(shí)，有許多工作人員的線路設(shè)計(jì)并沒有與實(shí)際狀況相結(jié)合，存在脫離實(shí)際的情況，十分不符合國家電力建設(shè)的需求，同時(shí)也會(huì)在一定程度上對(duì)輸電線路的運(yùn)行產(chǎn)生影響［1］。除此之外，在我國工業(yè)化、現(xiàn)代化和城市化建設(shè)的背景下，現(xiàn)代人對(duì)于用電需求量在不斷增大，所以在進(jìn)行輸電線路的建設(shè)時(shí)，需要滿足節(jié)省能源和大容量的要求。在建設(shè)新輸電線路時(shí)，我國建立了高電壓化、導(dǎo)線大面積化，在一定程度上增加了輸電線路的輸送容量，除此之外為了有效節(jié)約建設(shè)成本，老化線路不再進(jìn)行鐵塔改造，而是直接將其更換為高溫低弧垂導(dǎo)線，在一定程度上使電網(wǎng)運(yùn)行效率得到提升。

2 雷擊對(duì)輸電線路運(yùn)行產(chǎn)生的影響

2.1 雷電高熱效應(yīng)對(duì)輸電線路產(chǎn)生的危害

雷電在放電過程中會(huì)直接擊打在輸電線路上，在短短的一瞬間雷電就會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的高熱效應(yīng)，會(huì)在一瞬間轉(zhuǎn)化為數(shù)十萬安培的電流。此時(shí)雷電流會(huì)在輸電線路桿上形成較高的熱能，甚至還有可能達(dá)到金屬的熔化點(diǎn)，而雷擊有可能會(huì)導(dǎo)致輸電線路桿塔上的金屬導(dǎo)線出現(xiàn)熔化的情況，嚴(yán)重時(shí)還有可能出現(xiàn)斷線或者倒塌的情況。高溫會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性造成極大的影響，即使沒有出現(xiàn)倒塌或者斷線，都會(huì)導(dǎo)致電路的穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)電力波動(dòng)甚至出現(xiàn)大面積停電的狀況，對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和工業(yè)的安全生產(chǎn)也會(huì)造成極大的威脅。

2.2 雷電產(chǎn)生的電磁感應(yīng)會(huì)對(duì)輸電線路產(chǎn)生影響

雷電在形成過程中會(huì)受到多種因素的影響，出現(xiàn)電磁效應(yīng)，而雷電在放電過程中擊打在輸電線路上，電磁效應(yīng)就會(huì)在輸電線路上形成交變電磁場，這就會(huì)導(dǎo)致輸電線路中的電流突然增大，進(jìn)而將輸電線路瞬間燒毀。除此之外，雷電在產(chǎn)生過程中會(huì)出現(xiàn)一定的機(jī)械效應(yīng)，雷電的機(jī)械效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致被雷電擊中的物體出現(xiàn)物理性變化，嚴(yán)重時(shí)還有可能出現(xiàn)爆炸。在進(jìn)入電力系統(tǒng)中，則會(huì)對(duì)變壓器和輸電線路等多項(xiàng)設(shè)備產(chǎn)生影響，對(duì)人們的生活和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性都會(huì)造成一定的影響。

3 雷擊案例分析與應(yīng)對(duì)措施

雷電在放電時(shí)會(huì)直接擊打輸電線路，而在雷電與輸電線路接觸的短瞬之間就會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的熱效應(yīng)，甚至在一瞬間會(huì)產(chǎn)生數(shù)10萬A的電流，此時(shí)雷電流會(huì)在輸電線路桿上形成極高的熱能，甚至有可能在熱能的影響下導(dǎo)致金屬熔化，出現(xiàn)金屬導(dǎo)線受損的情況。而雷電在放電過程中擊打在輸電線路上，電磁效應(yīng)就會(huì)在輸電線路上形成交變電磁場，導(dǎo)致輸電線路中的電流突然增大，進(jìn)而將輸電線路瞬間燒毀。除此之外，雷電在產(chǎn)生過程中會(huì)出現(xiàn)一定的機(jī)械效應(yīng)，雷電的機(jī)械效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致被雷電擊中的物體出現(xiàn)物理性變化，嚴(yán)重時(shí)還有可能出現(xiàn)爆炸。除此之外，高溫也必然會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，即使設(shè)備沒有倒塌或者斷線，電路的穩(wěn)定性和使用也必然會(huì)受到影響，累積會(huì)導(dǎo)致電路環(huán)境波動(dòng)，甚至還有可能出現(xiàn)大面積停電。以某供電線路為例，該線路總長約59.147km，共126基鐵塔，某高壓輸電線路在投運(yùn)期間內(nèi)，由各類原因所導(dǎo)致的停電事故，兩年內(nèi)約4起，其中雷擊導(dǎo)致的保護(hù)性動(dòng)作跳閘約2起［2］。

從故障類型與故障原因的角度出發(fā)，雷擊對(duì)該供電線路的影響較大，其中雷擊類型主要包含繞擊、反擊以及直擊等，雷電過壓情況表現(xiàn)為雷過電壓、感應(yīng)雷電過電壓、繞擊雷過電壓以及反擊雷過電壓等類型。由此可見，該供電線路雷擊故障風(fēng)險(xiǎn)較高，且處理復(fù)雜性較大。在該條供電線路中，常見的防雷措施，可以通過線路加裝避雷器以及桿塔接地電阻降低等方式進(jìn)行處理。但這類建設(shè)方式在使用過程中，整體成本支出量較高。由此，避雷器加裝成為該條線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的主要手段。但是，由于避雷器的安裝易受到環(huán)境、人為主觀等因素的影響，存在較高的安裝難度與風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)避雷器安裝方式的局限性顯露而出，自動(dòng)化安裝技術(shù)成為發(fā)展趨向［3］。高壓輸電線塔避雷設(shè)施安裝如圖1所示。

圖1 高壓輸電線塔避雷設(shè)施安裝

4 防雷技術(shù)與輸電線路設(shè)計(jì)的融合方向

4.1 選擇合理的輸電線路設(shè)置路徑

由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)的地理環(huán)境和自然環(huán)境存在一定的差異，在這樣的狀況下受到雷電襲擊的概率也有所不同，在近年來的相關(guān)研究中表明，受到雷電襲擊的地點(diǎn)往往是輸電線路在鋪設(shè)時(shí)路徑存在問題的地區(qū)。所以在進(jìn)行輸電線路路徑的選擇時(shí)，相關(guān)工作人員一方面需要保障路徑設(shè)置的安全性，另一方面也需要盡可能避開容易出現(xiàn)雷電襲擊的地點(diǎn)。在進(jìn)行工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，前期的防雷規(guī)劃對(duì)于工程進(jìn)度的管理來說極為重要，例如在工程項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中并沒有進(jìn)入現(xiàn)場做出相應(yīng)的勘察，或是在進(jìn)行勘查時(shí)獲得的各項(xiàng)參數(shù)并不到位，地質(zhì)資料出現(xiàn)錯(cuò)誤和遺漏都有可能導(dǎo)致在進(jìn)行建筑工程的施工時(shí)設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)缺陷或者漏洞，所以在進(jìn)行實(shí)際的規(guī)劃時(shí)，工作人員需要保障設(shè)計(jì)規(guī)劃的合理性，只有這樣才能夠保障后期的工程防雷工作更加順利地開展。在進(jìn)行安裝地點(diǎn)的選擇時(shí)，需要盡可能避免選擇在環(huán)山、水塘和樹木密集的區(qū)域，也不要選擇在土地電阻率可能會(huì)隨時(shí)出現(xiàn)變化或者已經(jīng)發(fā)生變化的區(qū)域。在進(jìn)行輸電線路的鋪設(shè)時(shí)，需要盡可能選擇在穩(wěn)定的土地表面，盡可能不要選擇在山谷或者峽谷等地面高低變化的區(qū)域，尤其需要避開地下水位較高或者地下具有導(dǎo)體礦物質(zhì)的區(qū)域，在進(jìn)行選擇時(shí)，需要選擇土壤條件較好的山地地區(qū)，通過這種方式能夠有助于起到良好的防雷效果。防雷接地具體措施如圖2所示。

圖2 防雷接地具體措施

4.2 在輸電線路上進(jìn)行避雷線的設(shè)置

在輸電線路上設(shè)置避雷線的主要目的是盡可能避免雷擊對(duì)輸電線路產(chǎn)生影響，而在整個(gè)過程中最重要的一項(xiàng)內(nèi)容就是選擇正確的避雷線，需要盡可能保證避雷線與輸電線路之間完全適應(yīng)，也需要在輸電線路的正確位置設(shè)置避雷線，相對(duì)來說較低電壓的輸出線路，不建議架設(shè)避雷線。而當(dāng)輸電線路的電壓達(dá)到120kV時(shí)，需要進(jìn)行全線避雷線布置。而在進(jìn)行線路傳輸時(shí)，電壓如果在220～350kV之間，輸電線路不僅需要全程設(shè)置避雷線，還需要在每個(gè)月的暴風(fēng)天氣中進(jìn)行至少半個(gè)月的天氣預(yù)報(bào)［4］。對(duì)于電壓在500～700kV范圍內(nèi)的輸電線路以及山區(qū)內(nèi)都需要全程進(jìn)行兩條避雷線的設(shè)置，必要時(shí)還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，由相關(guān)工作人員做好全面的天氣預(yù)報(bào)。審核人員要對(duì)避雷線的設(shè)置環(huán)節(jié)規(guī)范化審核，提高各項(xiàng)數(shù)據(jù)復(fù)核成效，提高審核中多項(xiàng)數(shù)據(jù)真實(shí)性。對(duì)完整施工中避雷線的設(shè)置集中控制，做好多項(xiàng)數(shù)據(jù)位置、質(zhì)量的有效復(fù)審。

4.3 在輸電線路上安裝避雷器

避雷器的應(yīng)用在開展過程中能夠有助于一定程度上彌補(bǔ)避雷器應(yīng)用不足的狀況，而在輸電線路安裝避雷器的過程中，相關(guān)工作人員需要設(shè)置一個(gè)固定值的雷電流值，雷電流值超過設(shè)定的固定值，避雷器則會(huì)啟動(dòng)避雷器與避雷線，兩者之間配合應(yīng)用則能夠使雷擊的電流得到有效的分流，使電流在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入地面。通過這種方式能夠使電路的穩(wěn)定性得到保障，而為了保障輸電線路的電壓不會(huì)出現(xiàn)問題，在進(jìn)行避雷器的安裝時(shí)也需要選擇效果最佳的鐵塔線路，從而對(duì)資源進(jìn)行合理的應(yīng)用，通過這種方式才能夠起到良好的防雷效果。在進(jìn)行避雷器安裝時(shí)，施工單位的主管部門需要與責(zé)任人進(jìn)行交流，詢問是否出現(xiàn)施工困難并且予以合適的援助，實(shí)行良好的循環(huán)管理模式，只有這樣才能夠使施工的安全性得到保障［5］。

4.4 合理進(jìn)行避雷器安裝與調(diào)試

當(dāng)前，市面上的避雷器具有多樣性特征，在外形、尺寸以及表面材質(zhì)等方面具有較大差異。避雷器在使用時(shí)，地基接地焊接對(duì)于防雷工程的建設(shè)來說極為重要，這也是防雷工程焊接的第1個(gè)環(huán)節(jié)，工作人員需要保障地基焊接滿足質(zhì)量需求，否則就有可能導(dǎo)致后續(xù)的焊接工作無法保質(zhì)保量地完成，所以在進(jìn)行基礎(chǔ)圈梁以及基礎(chǔ)鋼筋焊接和基礎(chǔ)鋼筋的金柱焊接時(shí)，工作人員就需要按要求進(jìn)行處理，并逐個(gè)對(duì)檢查情況進(jìn)行確認(rèn)，尤其是需要重點(diǎn)檢查伸縮縫處的鋼筋是否處于連通狀態(tài)，進(jìn)而保障防雷工程的建設(shè)質(zhì)量。目前在進(jìn)行高壓輸電線路避雷器的安裝與更換時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)通常需要兩個(gè)自動(dòng)機(jī)器人共同完成［6］。其中主手爪在進(jìn)行操作時(shí)操作對(duì)象為絕緣子，而副手爪的操作對(duì)象則為避雷器，在進(jìn)行操作時(shí)主手爪的下端需要與絕緣桿進(jìn)行連接。在進(jìn)行機(jī)器人的供電時(shí)，所選擇的供電方式，包括系統(tǒng)供電和電池供電兩種不同的形式，主手爪頂部會(huì)配置電動(dòng)扳手，在安裝時(shí)，則對(duì)螺母進(jìn)行松緊操作，主手爪側(cè)端會(huì)設(shè)置抓握器以及抬升器，抬升器的主要功能是將絕緣子抬起。抓握器在使用過程中的功能，主要保障主手爪與橫擔(dān)的牢固度，使整個(gè)操作平臺(tái)處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

5 結(jié)束語

影響輸電線路運(yùn)行的因素較多，并且其中存在一定的復(fù)雜性，而想要保障輸電線路的運(yùn)行質(zhì)量，并解決其中存在的雷擊損傷的問題，相關(guān)工作人員需要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜地分析不同環(huán)境下輸電線路的運(yùn)行狀況，做好防雷措施的改進(jìn)并從線路設(shè)計(jì)、避雷器安裝以及避雷線設(shè)置等多個(gè)角度進(jìn)行優(yōu)化，使我國的電網(wǎng)建設(shè)具有更強(qiáng)的耐雷水平。