輸電線路及變電站防雷保護措施研究

馮 剛

（國家電網(wǎng)隨州供電公司， 湖北 隨州 441300）

1 研究防雷措施的重要意義

1.1 保證區(qū)域電網(wǎng)的高質(zhì)量互通

在建成區(qū)域電網(wǎng)項目之后，將便于許多地區(qū)開展輸電工作，可以將可靠的電能提供給廣大群眾，便于人們的生產(chǎn)和生活，并且可以保證越南和泰國等國家具有豐富的電能，可以促進區(qū)域經(jīng)濟的進一步發(fā)展。

1.2 有效帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)

在建設(shè)項目期間，需要耗費許多的基礎(chǔ)材料，可以直接促進油料和水泥等當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，并且可以使人員就業(yè)和租賃等得到有效改善，可以有效地提升工業(yè)發(fā)展，并給民眾帶來更多收入。

1.3 強化電力行業(yè)技術(shù)

我國所建設(shè)和設(shè)計輸變電工程在國際上處于領(lǐng)先水平，而整個項目的設(shè)計是以我國標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范為基礎(chǔ)的，技術(shù)人員也大多是國內(nèi)的，所以，在對該項目進行建設(shè)期間，也可以豐富當(dāng)?shù)厝藛T的建設(shè)經(jīng)驗和技能。

2 輸電線路防雷現(xiàn)狀問題

2.1 雷擊性質(zhì)

雷擊類型主要有感應(yīng)雷擊及直接雷擊這兩種。直接雷擊指的就是雷云放電對地面物體的直接影響；感應(yīng)雷擊指的就是雷云向地面輸電線路附近物體的放電，但是電磁感應(yīng)會導(dǎo)致輸電線路受到電動勢沖擊的影響；雷電侵入波指的就是當(dāng)雷電直擊輸電線架空線路時，輸電線路中的雷電會快速向兩邊傳送。近幾年通過對農(nóng)網(wǎng)的改造能夠得知，對防雷措施的強化，能夠使農(nóng)網(wǎng)供電變得更加可靠[1]。

2.2 防雷問題

針對輸電線路雷害來說，世界范圍內(nèi)都無法對其因素進行確定，并且，大部分輸電線路都處于露天的大自然中，其更容易受到雷擊；此外，由于輸電線路目前的觀測技術(shù)存在較大的局限性。因此，相關(guān)技術(shù)對輸電線路所受雷擊參數(shù)的捕捉及測量，其精度無法得到有效的保證，例如：造成輸電線路跳閘等故障的原因到底是繞擊還是反擊，以上問題是最為主要的導(dǎo)致防雷措施缺失針對性的原因之一。

2.3 設(shè)計方面問題

35～110 kV 輸電線路是于20 世紀(jì)80 年代所修建的，在對輸電線路進行設(shè)計時，技術(shù)人員沒有對土壤電阻率加以考慮，且在設(shè)計接地電阻時缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹?。針對部分檔距和高差較大的地方，例如山區(qū)、高山等，過大的保護角會導(dǎo)致這些地方頻繁發(fā)生問題，以至于避雷線的導(dǎo)線效果差。

2.4 運行維護問題

由于輸電線路有著嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，并且所有已建的輸電線路中都有著過高的接地電阻。由于輸電線路桿塔中所受到的嚴(yán)重的雷擊損壞，普遍存在著過高的電阻。通過對此類輸電線路桿塔的分析能夠得知，輸電線路桿塔之所以會受到雷害是由于歷史因素——高山土壤中過高的電阻率等；不合理的設(shè)計參數(shù)——輸電線路不合理的施工；電阻在運行過程中的逐漸升高——線路不合理的接地改造等[2]。

輸電線路桿塔缺乏高質(zhì)量的接地施工，并且輸電線路缺乏數(shù)量充足的接地裝置，例如：降阻劑對接地體的嚴(yán)重腐蝕，逐年增加的接地電阻、殘缺不全的接地裝置等，接地裝置受到以上損壞后會導(dǎo)致輸電線路無法保持正常的防雷能力，甚至?xí)哟罄讚籼l的出現(xiàn)概率。

3 輸電電路保護措施

3.1 合理規(guī)劃輸電線路路徑

由于某些地區(qū)頻發(fā)雷電天氣，在規(guī)劃輸電線路期間，應(yīng)當(dāng)盡量選擇少雷區(qū)域，可以有效減少雷擊發(fā)生的可能。所以需要從天氣狀況方面，對路線區(qū)域進行研究，條件允許的話可以收集當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，這可以為輸電線路提供良好的安全保障。

3.2 架設(shè)避雷線

由于戶外、空中的輸電線路經(jīng)常會受到雷擊，如果缺乏相應(yīng)的避雷措施，就會頻發(fā)電力供應(yīng)中斷事件。在建設(shè)輸電線路的過程中，必定需要用到避雷線。按照電力建設(shè)規(guī)定，避雷線的布設(shè)必須科學(xué)，如此減少輸電線路被雷擊中的可能，并且還可以避免雷擊電流過大，降低其危害性。一般來說，應(yīng)當(dāng)在輸電線路上空布置避雷線，如此可以避免雷擊損害輸電線路。

3.3 桿塔的有效接地

想要減少雷擊故障給輸電線路造成的影響，就應(yīng)當(dāng)有效地控制雷擊電流，將有效接地設(shè)置在桿塔，可以采用低阻通路應(yīng)對雷擊電流，對雷擊電流進行疏導(dǎo)。在設(shè)置桿塔接地的過程中，想要減少接地回路中產(chǎn)生的電阻，就應(yīng)當(dāng)讓桿塔接地大面積的接觸打底，還可以將桿塔設(shè)置于特性優(yōu)良的基礎(chǔ)土壤中，可以接地回路具有更強的導(dǎo)電能力，達到良好的避雷效果。

3.4 應(yīng)用避雷器裝置

在輸電線路中應(yīng)用避雷器，可以盡可能優(yōu)化其防雷性能，并且在電網(wǎng)系統(tǒng)中十分常見。在頻發(fā)雷電地區(qū)，大多會同時應(yīng)用避雷針和避雷器，可以使線路具有更強的防雷性能。雖然避雷器具有一定優(yōu)勢的性能，但是存在著安裝限制，難以全面防護輸電線路，并且還需要從線路環(huán)境方面，對輸電線路加以考慮，如此，才可以盡可能地合理安裝避雷器。

3.5 線路自動重合閘

由于在發(fā)生雷擊時，電流會瞬間增大，在高于保護限值時就會出現(xiàn)跳閘，如果應(yīng)用重合閘，輸電線路在發(fā)生問題時，需要停運較長的時間，進而造成一定的經(jīng)濟損失，所以配置自動重合閘，可以在雷擊后，加快輸電線路的恢復(fù)時間[3]。

3.6 分流措施

分流就是并聯(lián)連接室外和地面的各電線，如此可以提升避雷效果。在這些導(dǎo)線向房間或相關(guān)設(shè)備中傳輸直接雷電或來自感應(yīng)雷電的過電壓波時，避雷器就會降低自身的電阻，且保持在最低值，盡可能地達到短路狀況，目的是為了使雷電流處于分流狀態(tài)。分流是目前最重要的一項防雷技術(shù)，可以為不同類型的電氣電子設(shè)備提供更好的保護，是最重要的措施。雷電在經(jīng)過分流后，相關(guān)設(shè)備中依然會接收到一小部分雷電，這會威脅到高壓性能較弱的微電子設(shè)備。所以，在外殼中進入電流前，應(yīng)當(dāng)對此類設(shè)備實施多級分流。

3.7 屏蔽措施

屏蔽就是在物體上圍繞一些導(dǎo)體起到保護作用，例如金屬網(wǎng)絡(luò)管等，如此可以有效阻止雷電脈沖，在空中對其進行攔截。對于雷電電磁脈沖來說，屏蔽輻射是最有效的方法之一，可以避免影響電子設(shè)備。

3.8 對線路絕緣水平的加強

針對有著強烈雷電活動的地段、跨域度較大的高桿塔以及進行段來說，需要做好對絕緣子片數(shù)量的增加。因此，此類地區(qū)有著更大的落雷幾率，由于塔頂有著較高的電位，較大的感應(yīng)電壓，因此更易受到繞擊，通過對絕緣子片數(shù)量的增加，能夠使導(dǎo)線和避雷線之間具有更大的距離，以此來實現(xiàn)對絕緣目標(biāo)的加強。根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定能夠得知：地線桿塔全高需要大于40 m，其增加10 m 的高度會導(dǎo)致絕緣子的增加。

4 變電站防雷保護措施

4.1 站內(nèi)避雷針

為避免雷擊損害站內(nèi)露天電氣設(shè)備，大多會將避雷針設(shè)置在特定的變電站區(qū)域中，并連接站內(nèi)接地網(wǎng)，目的是為了提升其防雷性能，可以在站內(nèi)接地網(wǎng)中導(dǎo)入累計電流，避免雷電影響站內(nèi)電氣設(shè)備。

4.2 雷電侵入波的防護

除了需要預(yù)防雷電直接擊中變電站外，還應(yīng)當(dāng)防護雷電侵入波，這主要是由于架空線是最主要的站內(nèi)出線，當(dāng)雷電擊中線路后，雷電可以通過沿線對站內(nèi)設(shè)備造成損害，可以采用的防雷措施如下。

4.3 對避雷器的合理配置

想要減少雷電入侵波對線路的影響，最有效的措施就是配置避雷器，可以有效減少雷電對站內(nèi)設(shè)備的影響，但是安裝環(huán)境具有一定的要求，應(yīng)當(dāng)以相關(guān)安裝規(guī)定為依據(jù)，合理地設(shè)置電力設(shè)施，如此可以避免雷電沖擊電流過于集中。目前，避雷器已經(jīng)得到了顯著的改善，避雷器由最初的閥型發(fā)展為氧化物型，有效地提升了抗雷擊技能，目前氧化物避雷器得到了廣泛的應(yīng)用，然而仍然需要合理規(guī)劃和安裝設(shè)計避雷器設(shè)備，保證其能夠配合站內(nèi)電氣設(shè)備，盡量提升其避雷效果。

需要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，可以應(yīng)用具有避雷功能的針，帶以及網(wǎng)等措施對其進行保護，可以將引下線大量平均的布置在地下，以此來將雷電引入到地下。通過大量地下引線對雷電的分流作用，可以使引線壓降得以減少降低射擊造成的危害，并且能夠減少影響現(xiàn)在泄流過程中所產(chǎn)生的磁場強度。在對避雷針進行設(shè)置的過程中，在太陽電池方陣組件上，不得出現(xiàn)避雷陣的投影。

逐級對防雷器件進行安裝，按照多級對其進行保護。使多級防雷器件能夠?qū)讚舢a(chǎn)生的電壓，或者開關(guān)中存在的浪涌進行泄流，通常會將直流電源避雷器應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流線路中，將交流電源避雷器應(yīng)用于交流線路中存在逆變的部分。

4.4 進線段防護措施

進線段一般指的是變電站周邊2 km 以內(nèi)的線路。將避雷器設(shè)置到進線段，可以有效抑制雷電波產(chǎn)生峰值電流，為站內(nèi)設(shè)備和線路提供安全的保障。如果存在過大的雷電入侵波，避雷器無法承受，就會損壞站內(nèi)設(shè)備。所以，還應(yīng)當(dāng)在變電站合理地將避雷器布置到進線段。一般來說，輸電線路類型不同，其絕緣性能和耐雷性能也各不相同，所需的避雷器設(shè)備也不相同。不僅需要合理地設(shè)置避雷器，還需要限制雷電侵入波。在布置線路桿塔的過程中，應(yīng)當(dāng)將接地電阻加入到考慮要素中，通過與土壤的大面積接觸，可以有效減少雷擊電流回路中所產(chǎn)生的電阻。在規(guī)劃避雷器的過程中，還應(yīng)當(dāng)做好對其類型的考慮，通過對避雷器材料的優(yōu)化，可以使其更好地適應(yīng)雷電環(huán)境。地雷最重要的就是降低電阻數(shù)值，避雷器特性會受到天氣和土壤等因素的影響，所以在設(shè)計避雷器的過程中，應(yīng)當(dāng)做好對各類因素的重點考慮，科學(xué)的規(guī)劃如何為進線段提供有效的避雷保護，充分利用其保護站內(nèi)電氣設(shè)備。

4.5 GPS 天線防雷

在對GPS 接收天線進行安裝的過程中，需要注意如下內(nèi)容：將其設(shè)置在能夠接收衛(wèi)星信號的位置，以此為基礎(chǔ)，可以便于其日后的運行和維護；在完成安裝后，可以采用金屬支架固定GPS 接收天線，并采用接地連接；除了需要做好對累積影響因素的充分考慮外，還應(yīng)當(dāng)確定在哪一位置安裝GPS 接收天線。將GPS 接收天線安裝到防雷帶內(nèi)時，防雷帶應(yīng)當(dāng)高于GPS 接收天線兩米；原則規(guī)定，防雷帶內(nèi)不得有GPS接收天線橫穿，并且需要應(yīng)用金屬套管，套管兩地采用接地連接[4]。

4.6 防雷接地方式

如果用劣質(zhì)的接地電阻，或沒有規(guī)范接地，那么在遭受雷擊的過程中，各接地點的電位差可能會較高，也會有電磁干擾形成，進而嚴(yán)重影響遠(yuǎn)動設(shè)備運行。再加上雷電會加大電位，并由設(shè)備接地線向遠(yuǎn)動裝置傳輸，進而損壞該裝置的模板。變電站的大多數(shù)自動化設(shè)備都應(yīng)用了外殼接地法，目的是為了保障保護接地的安全性，實現(xiàn)對靜電放電和電機危害的預(yù)防。接地網(wǎng)大多屬于一次設(shè)備，在采用可靠接地線的同時，應(yīng)當(dāng)縮短其里程，如此可以減少瞬時過電壓。在打印機和計算機等自動化設(shè)備中應(yīng)用接地防雷保護措施時，應(yīng)當(dāng)保證金屬外殼接地的可靠性；同時在交流接地和安全保護接地中不得出現(xiàn)信號接地，并保證信號接地的絕緣性，在接地母排中匯集后，再連接接地網(wǎng)；自動化設(shè)備切勿采用單獨接地，并且接地電阻不得超過2 000 ΩA；此外，還可以進行等電位連接，采用該措施可以在遇到雷電等過電壓時，避免電子插件出現(xiàn)較大的電位差，起到保護電子插件的作用。

5 結(jié)語

隨著人們生產(chǎn)生活的水平不斷提高，電氣設(shè)備對人們的日常生活具有十分重要的作用，主要體現(xiàn)在快速增加的私人用戶電子設(shè)備和不斷增多的現(xiàn)代工業(yè)廠房的電氣設(shè)備，同時用電系統(tǒng)的工作負(fù)荷量也在不斷上升。在運行電網(wǎng)的過程中，最主要的電網(wǎng)故障誘因就是雷電，再加上輸電線路的里程較長，負(fù)責(zé)在空中運輸電力，因此更有可能受到雷擊而引發(fā)跳閘，甚至無法保持可靠供電，再加上，雷電還有可能損害變電站設(shè)備。所以，供電企業(yè)需要了解防雷防護的作用，采用可靠的雷電防護措施可以避免輸變電設(shè)備出現(xiàn)異常運行。