探究輸電線路設(shè)計(jì)中線路防雷技術(shù)運(yùn)用

滁州市智宏工程咨詢有限責(zé)任公司 周鳳婷

輸電線路在電網(wǎng)運(yùn)行中扮演著重要的角色，輸電線路的建設(shè)效果直接關(guān)系到輸電效果和最終運(yùn)行中的供電服務(wù)質(zhì)量。一旦輸電線路遭受雷擊，短時(shí)間內(nèi)，線路中電流會(huì)劇增至遠(yuǎn)超線路的可承受范圍，從而使線路出現(xiàn)短路現(xiàn)象，甚至可能燃燒起來(lái)，電網(wǎng)輸電質(zhì)量必然會(huì)受到嚴(yán)重影響。而且，當(dāng)輸電線路在短時(shí)間內(nèi)承受如此大電流時(shí)，與線路連接的相關(guān)設(shè)備電壓也會(huì)持續(xù)增大，這些設(shè)備性能也會(huì)因此而受損，嚴(yán)重的話，甚至?xí)?，使電網(wǎng)無(wú)法繼續(xù)正常運(yùn)行。故而，在對(duì)輸電線路進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必對(duì)防雷設(shè)計(jì)給予加強(qiáng)，以便讓輸電線路能夠安全運(yùn)行[1]。

1 輸電線路中采用防雷技術(shù)的作用

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以安裝避雷線，以防止電氣設(shè)備被雷電直接擊中。如果電線被閃電直接擊中，將導(dǎo)致線路電壓急劇上升，這在一定程度上增加了危險(xiǎn)和故障的可能性。此外，隨著人們生活水平的不斷提高，用電需求持續(xù)增加，一些大型企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)更加離不開(kāi)電。如果輸電線路中斷，將給人員和企業(yè)造成重大損失，因此需要盡可能避免輸電線路中斷。如果在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中使用雙回路的環(huán)網(wǎng)，那么在主線中斷的情況下，可以通過(guò)備用線路恢復(fù)供電。

2 輸電線路遭受雷擊原因

輸電線路遭受雷擊的原因有以下三點(diǎn)。一是地理因素造成的雷擊。如果電線位于山區(qū)，其很容易受到雷擊的影響。雷擊嚴(yán)重可能擾亂電力線路的日常運(yùn)行，很可能導(dǎo)致該地區(qū)停電。除了山區(qū)，由于每天的潮汐和海水蒸發(fā)，沿海地區(qū)也會(huì)受到強(qiáng)風(fēng)或雷暴的影響。這些位于地區(qū)的輸電線路更容易受到不利影響，增加了雷擊輸電線路的可能性。二是由電線桿的高度引起的。輸電線路通常應(yīng)配備電線桿和塔架，以便在高海拔地區(qū)進(jìn)行維護(hù)。選擇這個(gè)位置使得輸電線路非常容易受到風(fēng)暴云的影響。當(dāng)風(fēng)暴云正負(fù)電荷層之間的電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生閃電。在這個(gè)階段，高海拔地區(qū)的輸電線路會(huì)受到影響。當(dāng)閃電擊中輸電線路時(shí)，輸電線路塔通常充當(dāng)媒介，會(huì)立即增加地球和風(fēng)暴云之間的輸電線路的電壓，導(dǎo)致整條線路斷裂。因此，在輸電線路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意這一問(wèn)題，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來(lái)補(bǔ)償設(shè)計(jì)中的電流。三是土壤強(qiáng)度，同時(shí)也是影響雷擊危害程度的主要因素。接地電阻是一種重要的防雷手段，可以為雷電電流提供旁路，使其能夠被有效接地引流。如果不能合理利用接地電阻器，閃電帶來(lái)的巨大電流會(huì)損壞塔架并導(dǎo)致故障。如果人員安裝的接地電阻器不科學(xué)，在巖石和山脈等更復(fù)雜的地形條件下，一定會(huì)影響防雷效果。在此基礎(chǔ)上，如果避雷塔頂部出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)受到接地電阻的影響，從而產(chǎn)生反射現(xiàn)象和不良影響[2]。

3 輸電線路設(shè)計(jì)中防雷技術(shù)應(yīng)用原則

在輸電線路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用防雷技術(shù)時(shí)需要遵循三條基本原則。

原則一，因地制宜。工作人員需要按照所在地區(qū)的具體地理、環(huán)境特點(diǎn)，遵循與防雷技術(shù)有關(guān)的具體規(guī)范條例，選擇適用的防雷技術(shù)，使防雷措施更具可靠性。

原則二，安全性。工作人員需要了解與使用防雷行動(dòng)保護(hù)技術(shù)有關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題，并編制切實(shí)可行的改造計(jì)劃。

原則三，技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性。在為電力線路做防雷設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要在技術(shù)手段的指導(dǎo)下，設(shè)定一個(gè)合理的目標(biāo)，并對(duì)新材料、新技術(shù)加以合理利用，將防雷技術(shù)的實(shí)用價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)，使電網(wǎng)運(yùn)行更具穩(wěn)定性和安全性[3]。

4 防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 做好線路管理

在實(shí)踐中，可以發(fā)現(xiàn)雷電災(zāi)害頻繁的地區(qū)主要包括湖泊、沼澤、灌木和森林。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)師必須優(yōu)先考慮這些區(qū)域因素，并采取防雷措施。為了防止雷電災(zāi)害給輸電線路帶來(lái)嚴(yán)重影響，使線路能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行初步的實(shí)地調(diào)查，科學(xué)編制布線方案，結(jié)合具體環(huán)境特征對(duì)線路走向進(jìn)行深入研究，對(duì)線路位置加以明確，合理利用防雷技術(shù)，盡量將雷電災(zāi)害帶來(lái)的不利影響降到最低。

同時(shí)，對(duì)高壓輸電線路的重要性也要有充分認(rèn)識(shí)，并嚴(yán)格開(kāi)展防雷設(shè)計(jì)工作，以降低發(fā)生雷電災(zāi)害的可能性。對(duì)當(dāng)前高壓輸電線路防雷設(shè)計(jì)工作的分析表明，部分工作人員對(duì)防雷管理認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致高壓輸電線路無(wú)法保證安全運(yùn)行。因此，高壓輸電線路設(shè)計(jì)者需要考慮新的輸電要求，提高線路管理水平，在線路脆弱的區(qū)域安裝避雷針，并實(shí)施絕緣和接地措施，以確保高壓輸電線路的安全[4]。

4.2 設(shè)置自動(dòng)重合閘

利用自動(dòng)重合閘能在電壓或電流出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)實(shí)現(xiàn)停電保護(hù)，這樣一來(lái)，就能讓其他線路、設(shè)備免受雷電災(zāi)害影響，能有效改善輸電線路安全性，是相當(dāng)常見(jiàn)的一種防雷保護(hù)方法。目前，我國(guó)使用率較高的自動(dòng)重合閘主要包括失活裝置、單相裝置及綜合裝置?？茖W(xué)地安裝自動(dòng)重合閘，當(dāng)輸電線路遇到雷電災(zāi)害時(shí)，設(shè)備將立即啟動(dòng)繼電保護(hù)，關(guān)閉線路的雷電端，通過(guò)停電確保線路運(yùn)行質(zhì)量。在使用自動(dòng)重合閘時(shí)，如果員工選擇安裝雙重自動(dòng)重合閘，必須充分考慮以下兩點(diǎn)。第一，必須研究設(shè)備的類(lèi)型和規(guī)格，以確保一致性。安裝自動(dòng)重合閘時(shí)，必須使用兩個(gè)獨(dú)立的保護(hù)裝置，保護(hù)裝置中安裝雙自動(dòng)重合閘，以確保其正常運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，操作員只需重新啟動(dòng)一次，即可達(dá)到充分實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備性能的目的。第二，在調(diào)試網(wǎng)關(guān)重合閘設(shè)備時(shí)，工作人員不僅要統(tǒng)一要求完成輸電線路的安裝，還要以此展開(kāi)各種操作，嚴(yán)格按照要求完成各種設(shè)備的線路連接，確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)[5]。

4.3 增設(shè)桿塔絕緣

在桿塔的塔頭處安裝適當(dāng)數(shù)量和尺寸的桿塔專(zhuān)用絕緣子，以加強(qiáng)電線的防雷保護(hù)。然而，這種方法需要對(duì)特定的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行大量投資，并需要很高的安全距離，其中通常包括其他排雷措施。這種方法更適用于雷電活動(dòng)頻繁、地理位置優(yōu)越的高山地區(qū)。在這種工作環(huán)境下，員工必須全面而嚴(yán)格地考慮這種方法。此外，根據(jù)電力設(shè)備規(guī)程條例，在建造總高度為40m 或以上的電線桿和電線塔時(shí)，工人必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，每10m 加裝一片絕緣子。同時(shí)，連接電線桿和電線塔時(shí)的電阻值應(yīng)降低50%，以確保施工效率。

4.4 運(yùn)用并聯(lián)間隙

過(guò)去提倡的傳統(tǒng)防雷方法，是從本質(zhì)上強(qiáng)化輸電線路自身的防雷性能，也被叫做“堵塞型”防雷。不過(guò)，這種類(lèi)型的防雷技術(shù)由于經(jīng)濟(jì)效益比較差，且技術(shù)方面存在不少難點(diǎn)，也存在明顯不足。故而，學(xué)者們提出了一個(gè)比較新穎的防雷理念和策略，允許發(fā)生適當(dāng)、無(wú)法避免的雷擊跳閘問(wèn)題。這種理念認(rèn)為，在遇到不可避免的雷擊時(shí)，適當(dāng)斷開(kāi)部分線路可以解決安全性問(wèn)題。該理念的實(shí)現(xiàn)需要運(yùn)用間隙裝置，通過(guò)并聯(lián)形式設(shè)置于絕緣體上。

并聯(lián)間隙設(shè)施自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，優(yōu)點(diǎn)較為突出，可使絕緣子避免電弧灼傷的需求得到滿足，輸電線路的整體匹配率也因此而得到提高。該保護(hù)措施的實(shí)施可有效消除雷電跳閘技術(shù)運(yùn)用中的缺陷，在防雷方面凸顯出明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能針對(duì)傳統(tǒng)防雷法的不足進(jìn)行補(bǔ)充。

4.5 防雷接地設(shè)計(jì)

輸電線路若是處于高負(fù)荷狀態(tài)，或者是運(yùn)行距離比較長(zhǎng)，就會(huì)更容易受限于外界因素，例如大氣過(guò)電壓、公共電壓等，故而，在其運(yùn)行中更容易發(fā)生“絕緣閃絡(luò)”等安全事故。在這方面，工作人員可以提供調(diào)節(jié)和改進(jìn)等有效的技術(shù)措施，實(shí)施一系列應(yīng)急條例以及緊急處理方案，以使輸電線路能具備較強(qiáng)的絕緣性能，并借助額定電壓改善線路的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)急輸電線路運(yùn)行期間產(chǎn)生的“閃絡(luò)”問(wèn)題，主因就是大氣過(guò)電壓。

4.6 利用鉗位保護(hù)器

目前，大多數(shù)輸電線路都安裝了鉗位型電壓保護(hù)器，這種鉗位保護(hù)器為輸電線路提供了強(qiáng)大的過(guò)電壓保護(hù)，但這種鉗位的缺點(diǎn)是其會(huì)引入信號(hào)誤差。此外，其長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中會(huì)快速老化，經(jīng)常導(dǎo)致維護(hù)失效和防雷效果不穩(wěn)定。為了避免上述缺點(diǎn)，在輸電線路的防雷設(shè)計(jì)中采用了鉗位保護(hù)器，從而獲得了更好、更穩(wěn)定的防雷效果。鉗位保護(hù)器工作原理是實(shí)時(shí)檢測(cè)電線上的過(guò)電壓，并將檢測(cè)值與夾持保護(hù)器針環(huán)間隙的作用電壓進(jìn)行比較。如果過(guò)電壓值高于動(dòng)作電壓，則環(huán)針的間隙動(dòng)作和鉗位保護(hù)器的脈沖電容的阻抗都很小，可以降低雷電電流的瞬時(shí)沖擊力，以確保絕緣子不閃，從而保護(hù)線路的正常運(yùn)行。

4.7 絕緣子串保護(hù)方式

隨著輸電線路工作環(huán)境的不斷惡化，架空電力線路與絕緣子串之間的間隙逐漸增大，絕緣子之間的電壓也隨之增大，甚至超過(guò)了絕緣子線桿與瓷瓶之間的安全間隔。在這種情況下，正確識(shí)別和消除輸電線路中的各種故障非常重要。傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法主要包括以下幾點(diǎn)。

第一，線路絕緣子串中感應(yīng)出短路過(guò)電壓，接地時(shí)會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)放電。

第二，由于絕緣體之間存在顯著的電壓差，接地會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)放電。

第三，由于絕緣體和電線之間的電場(chǎng)存在顯著差異，接地體中會(huì)發(fā)生閃絡(luò)放電。

這些方法有一些缺點(diǎn)：由于感應(yīng)雷的電壓和電流與絕緣子串中的相位之間存在顯著差異，因此會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生閃絡(luò)。因此，為了防止閃絡(luò)故障，有必要首先將閃絡(luò)過(guò)電流降至最低。一般情況下，避雷針保護(hù)不起作用。因此，有必要建立適當(dāng)?shù)牡诙婪谰€，以防止和消除絕緣子的連續(xù)接地故障。目前，最好的防護(hù)措施是安裝金屬鎧裝避雷器、雷電沖擊式避雷器和空氣間隙式避雷器及三道防線。

4.8 避雷線

避雷線是確保輸電線路安全、可靠和基本防雷的一種方法。合理增加避雷線，可以有效應(yīng)對(duì)自然雷擊。雷電擊中桿塔頂部后，避雷器可以對(duì)電流起到一個(gè)分散作用，讓雷電不會(huì)直接流入桿塔，或者是少量流入，其防雷效果較為理想，除此之外，還可以做到導(dǎo)線現(xiàn)實(shí)性耦合，在桿塔遭受雷擊時(shí)，可以大幅度減小塔頂?shù)目臻g間隙，弱化絕緣子串電壓，有效屏蔽導(dǎo)線，最終將負(fù)荷下導(dǎo)線內(nèi)過(guò)電壓快速降下來(lái)。

表1 具體線路防雷措施

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于輸電線路來(lái)說(shuō)，雷擊問(wèn)題與環(huán)境、地形以及輸電線路本身的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)。因此，在設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)，有必要充分考慮這一點(diǎn)，積極采取適當(dāng)措施以減少雷電對(duì)輸電線路的影響，并充分利用適當(dāng)?shù)姆览准夹g(shù)。通過(guò)降低電阻，安裝防雷電線和裝置，相關(guān)人員可以更好地保護(hù)我們的輸電線路，避免雷電的影響，確保其正常運(yùn)行。這也將使我們的電力系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定地運(yùn)行，并為人們的生活提供適當(dāng)?shù)膸椭?/p>