芻議架空輸電線路防雷保護措施

茍文勇

（云南電網(wǎng)公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

架空輸電線路雷擊事故的形成要經(jīng)過以下四個階段:1)輸電線路受到雷電過電壓的作用;2)輸電線路發(fā)生閃絡(luò);3)輸電線路從沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓;4)線路跳閘,供電中斷。

針對雷擊事故的四個階段,輸電線路在采取防雷保護措施時要做到以下四點:1)防止雷電直擊,防止輸電線路不受直擊雷。2)防止雷電閃絡(luò),防止輸電線路受雷后絕緣不發(fā)生閃絡(luò)。3)防止雷電建弧,防止輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧。4)防止停電,保證輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng)。

對生產(chǎn)運行部門常用的架空輸電線路防雷措施如下。

1 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線,同時還具有以下作用:1)分流作用,以減小流經(jīng)桿塔的雷電流,從而降低塔頂電位;2)通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓;3)對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

通常來說,線路電壓愈高,采用避雷線的效果愈好,而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低。因此,110kV及以上電壓等級的輸電線路都應(yīng)全線架設(shè)避雷線。

同時,為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果,減小繞擊率,避雷線對邊導(dǎo)線的保護角應(yīng)做得小一些,一般采用20°～30°。220kV 及 330kV雙避雷線線路應(yīng)做到20°左右,500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線,保護角在15°左右。

2 安裝避雷針

安裝避雷針也是架空輸電線路常用的一種防雷措施。但是在實際應(yīng)用卻存在以下問題:1)由于避雷針而導(dǎo)致雷擊概率增大。2)保護范圍小。由于避雷針的引雷作用,所以雷擊次數(shù)就會提高,當(dāng)雷電被吸引到針上,在強大的雷電流沿針而流入大地過程中,雷電流周圍形成的磁場會產(chǎn)生截應(yīng)過電壓,它與雷電流的大小及變化速度成正比,與雷擊的距離成反比。而被保護物的自然屏蔽裝置對電磁感應(yīng)或電磁干擾的屏蔽作用,不能達到有效屏蔽,使被保護區(qū)內(nèi)的弱電設(shè)備因感應(yīng)過電壓而損壞。3)反擊的危害。當(dāng)雷電被吸引到針上,將有數(shù)千安的高頻電流通過避雷針及其接地引下線和接地裝置,此時針和引線的電壓很高,若針對被保護物之間的距離小于安全距離時,會由針及引下線向被保護物發(fā)生反擊,損壞被保護物。我國國標(biāo)規(guī)定針距被保護物的空氣中距離不小于5m,針距被保護物的接地裝置間的地中距離Sd≥3m,針對這一要求,微波塔和電視發(fā)射塔的各種天線上的避雷針是難以滿足規(guī)范要求的。4)電磁感應(yīng)問題。在強大的雷電流沿避雷針向下流入地中的過程中,會在周圍產(chǎn)生強大的電磁場,它會使微波通信、計算機等設(shè)備產(chǎn)生誤動。強大的電磁場,可以使金屬開口環(huán)或打包用鐵箍的接觸不良處發(fā)生放電,從而引燃引爆易燃易爆物。更常見的則是引起微電子設(shè)備(通信設(shè)備,計算機設(shè)備等)的失靈與損壞。受雷擊的針及引線,在高頻雷電流作用下,將從接觸點至地面產(chǎn)生一個較高的接觸電壓。當(dāng)雷電流流入大地擴散時,在入地點沿半徑各點形成不同的電位,若跨入該區(qū)域會產(chǎn)生很高的跨步電壓。

3 加強線路絕緣

由于輸電線路個別地段需采用大跨越高桿塔(如:跨河桿塔),這就增加了桿塔落雷的機會。高塔落雷時塔頂電位高,感應(yīng)過電壓大,而且受繞擊的概率也較大。為降低線路跳閘率,可在高桿塔上增加絕緣子串片數(shù),加大大跨越擋導(dǎo)線與地線之間的距離,以加強線路絕緣。在35kV及以下的線路可采用瓷橫擔(dān)等沖擊閃絡(luò)電壓較高的絕緣子來降低雷擊跳閘率。

4 采用差絕緣方式

此措施適宜于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng),并且導(dǎo)線為三角形排列的情況。所謂差絕緣,是指同一基桿塔上三相絕緣有差異,下面兩相較之最上面一相各增加一片絕緣子,當(dāng)雷擊桿塔或上導(dǎo)線時,由于上導(dǎo)線絕緣相對較“弱”而先擊穿,雷電流經(jīng)桿塔入地,避免了兩相閃絡(luò)。據(jù)計算,采用差絕緣后,線路的耐雷水平可提高24%。

5 采用不平衡絕緣方式

在現(xiàn)代高壓及超高壓線路上,同桿架設(shè)的雙回路線路日益增多,對此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時,可考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時跳閘率,以保障線路的連續(xù)供電。不平衡絕緣的原則是使雙回路的絕緣子串片數(shù)有差異,這樣,雷擊時絕緣子串片數(shù)少的回路先閃絡(luò),閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線,增加了對另一回路導(dǎo)線的耦合作用,提高了線路的耐雷水平使之不發(fā)生閃絡(luò),保障了另一回路的連續(xù)供電。

6 耦合地埋線

耦合地埋線可起兩個作用:1)降低接地電阻,連續(xù)伸長接地線是沿線路在地中埋設(shè)1根～2根接地線,并可與下一基塔的桿塔接地裝置相連,它是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施之一。2)起一部分架空地線的作用,既有避雷線的分流作用,又有避雷線的耦合作用。

7 預(yù)放電棒與負(fù)角保護針

預(yù)放電棒的作用機理是減小導(dǎo)、地線間距,增大耦合系數(shù),降低桿塔分流系數(shù),加大導(dǎo)線、絕緣子串對地電容,改善電壓分布;負(fù)角保護針可看成裝在線路邊導(dǎo)線外側(cè)的避雷針,其目的是改善屏蔽,減小臨界擊距。預(yù)放電棒與負(fù)角保護針常一起裝設(shè),這一方法曾在廣東、貴州等地采用,有一定的效果。制作、安裝和運行維護方便,以及經(jīng)濟花費不多是其特點。消雷器是一種新型的直擊雷防護裝置,在國內(nèi)已有十余年的應(yīng)用歷史,目前架空輸電線路上裝設(shè)的消雷器已有上千套,運行情況良好。

8 使用接地降阻劑

近幾年來國內(nèi)一些單位在處理接地時使用了降阻劑,取得了較好的降阻效果,據(jù)有關(guān)資料介紹,降阻劑使用后接地電阻隨時間的推移而下降,并且由于其pH值一般均在7.6～8.5之間,有的呈中性略偏堿,對接地體有鈍化保護作用,故基本無腐蝕現(xiàn)象。但是,使用較長時間表明接地降阻劑對接地體產(chǎn)生了嚴(yán)重的腐蝕。

9 采用中性點非有效接地方式

在我國35kV及以下電力系統(tǒng)中采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動消除,不致引起相間短路和跳閘。而在二相或三相落雷時,由于先對地閃絡(luò)的一相相當(dāng)于一條避雷線,增加了分流和對未閃絡(luò)相的耦合作用,使未閃絡(luò)相絕緣上的電壓下降,從而提高了線路的耐雷水平。因此,對35kV線路的鋼筋混凝土桿和鐵塔,必須做好接地措施。

綜上所述，架空輸電線路是電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)的重要組成部分。由于架空輸電線路絕大部分采取裸導(dǎo)線的方式,故極易受到外界的影響和損害,其中最主要的是雷擊。在雷雨季節(jié),雷擊停電事故會給生產(chǎn)生活帶來巨大損失,因此,電網(wǎng)防雷是一項非常重要的工作。

[1]陸尉初.如何做好配電系統(tǒng)的防雷與接地[J].山西建筑,2008,34(13)