淺談輸電線路雷害事故及防雷措施

高路

【摘 要】本文初步分析了高壓輸電線路遭受雷擊可能存在的隱患，并就如何降低雷害事故發(fā)生進(jìn)行了分析，提出了防雷保護(hù)措施。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；雷擊；跳閘；避雷器

引言

輸電線路綿延數(shù)十至數(shù)百公里，地處曠野，穿越平原、丘陵、大山區(qū)或跨越河流，桿塔大多處于高出地面十幾米乃至幾十米的制高點(diǎn)，暴露在曠野或高山中，所以易遭受雷擊。在烏魯木齊地區(qū)，雷擊線路造成的跳閘事故在電網(wǎng)事故中占有比例極小，但隨著輸電線路增多，氣候、城市建設(shè)等自然及社會(huì)因素的變化，雷擊跳閘對安全運(yùn)行的影響日益突出，雷擊也隨之成為影響烏魯木齊電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要隱患。因此，必須采取有效的防雷保護(hù)措施，從而減少輸電線路的雷害事故，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。要防雷，首先就要分析研究雷害的成因及對線路造成危害的過程，才能有的放矢，對癥下藥，切實(shí)保障電網(wǎng)免受或者降低雷擊影響。

1.雷擊線路成因

由于輸電線路桿塔處在高出地面的尖端，據(jù)雷電形成的過程，我們知道輸電桿塔先于雷云形成主放電通道，大量的異號電荷在極短時(shí)間內(nèi)中和，產(chǎn)生數(shù)百千安的電流（等效阻抗如圖示），雷電流流過桿塔入地，引起塔頂電位Utp升高，而Utp=雷電流對桿塔電感產(chǎn)生的電位升高值+雷電流對桿塔沖擊接地電阻產(chǎn)生的電位升高值，如果塔頂電位與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位的差值，再考慮線路工頻電壓幅值的影響后，其值超過絕緣子的50%沖擊閃絡(luò)電壓時(shí)，就會(huì)造成絕緣子串閃絡(luò)放電，從而造成雷擊跳閘事故。

2.高壓輸電線路遭受雷擊可能存在的隱患

1）絕緣子的使用

輸電線路上使用的絕緣子材質(zhì)主要是陶瓷、合成橡膠、鋼化玻璃。在架空線路當(dāng)中，絕緣子的作用主要是防止電流回地、支撐輸電導(dǎo)線的，這是絕緣子必須滿足的兩個(gè)條件，并且不能夠因?yàn)殡娯?fù)荷條件或者是環(huán)境的變化來影響到各種機(jī)電應(yīng)力，否則就會(huì)讓絕緣子失去作用，這對整條輸電線路的運(yùn)行以及使用壽命都會(huì)產(chǎn)生影響。在線路運(yùn)行的時(shí)候，懸式瓷絕緣子就會(huì)有零值絕緣子出現(xiàn)，在過電壓當(dāng)中，這串絕緣子就成為了薄弱之處，也容易存在閃絡(luò)擊穿的現(xiàn)象發(fā)生；在受到雷電過電壓情況之后，鋼化玻璃絕緣子就會(huì)有掉串或者是裸串的

現(xiàn)象出現(xiàn)；在運(yùn)行過程中使用合成絕緣子，可能會(huì)受到機(jī)械的作用，從而出現(xiàn)掉串現(xiàn)象，另外，也容易出現(xiàn)留下絕緣老化的安全隱患。因此，在研究分析電力系統(tǒng)如何安全運(yùn)行的過程當(dāng)中，絕緣子是否合理使用就成為關(guān)鍵。

2）桿塔存在的隱患

在架空輸電線路中，桿塔主要是用于輸電線路的支撐。一般來說，架空輸電線路桿塔大部分是由鋼筋混凝土或者是鋼材制成的。由于長時(shí)間運(yùn)行之后，鋼筋混凝土桿塔也可能出現(xiàn)裂縫，一旦受到雷電襲擊，閃電在瞬間通過了桿塔之內(nèi)，會(huì)使桿塔內(nèi)部的鋼筋瞬間產(chǎn)生高溫過熱現(xiàn)象，從而導(dǎo)致水泥桿出現(xiàn)爆裂或者是在雷電通過拉線之時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度降低、拉線發(fā)熱的現(xiàn)象，這樣也會(huì)出現(xiàn)倒桿等事故。

3）避雷線防雷存在的局限性

避雷線也可以稱之為架空地線，主要是在線路的防雷當(dāng)中使用。當(dāng)輸電線路受到雷擊時(shí)，在導(dǎo)線上面就會(huì)有強(qiáng)大的過電壓產(chǎn)生，而避雷線就能夠?qū)?dǎo)線遮蔽，盡可能地承擔(dān)雷電，并且通過桿塔的金屬部分將大部分的電流通過桿塔傳入大地。另外，避雷線防雷效果的優(yōu)劣與保護(hù)角有著直接的關(guān)系。為了避免線路受到雷電的直接攻擊，在高壓輸電線路上都會(huì)有避雷線架設(shè)。但是對于導(dǎo)線的防護(hù)，避雷線并非百分之百有效，因?yàn)槌酥睋衾滓酝?，我們還要考慮如何避免雷電繞擊導(dǎo)線的可能性出現(xiàn)。

4）接地裝置的問題

接地裝置主要指的是接地電極與埋設(shè)在低下的接地網(wǎng)連接在一起的設(shè)備。在接地裝置中主要存在兩種問題：其一，由于地網(wǎng)的腐蝕，最主要的是因?yàn)殡娀瘜W(xué)的腐蝕，這是和桿塔土壤的具體結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系的；其二，接地體施工質(zhì)量也會(huì)有影響，接地裝置電阻也會(huì)受到接地線敷設(shè)長度、埋深等方面影響。

3.常用的高壓輸電線路防雷措施

雷電現(xiàn)象是大自然中不可避免的災(zāi)害，如何減少雷電對高壓輸電線路的危害，就成為我們研究的關(guān)鍵之處。一般來說，在防雷措施的研究上，我們都需要遵循：線路重要性、線路路經(jīng)區(qū)域雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱等方面條件。此外，對于當(dāng)?shù)匾郧熬€路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的借鑒，各個(gè)方面的比較，也是保護(hù)措施確定的有效方式。

1）采用消弧線圈接地方式

在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，接地電阻又難于降低的地區(qū)，110kV 及以下電壓等級的電網(wǎng)可考慮采用系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。這樣可使大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障被消弧線圈消除，不至于發(fā)展成為持續(xù)工頻電弧。而當(dāng)雷擊引起二相或者三相閃絡(luò)故障時(shí)，第一相閃絡(luò)并不會(huì)造成跳閘，先閃絡(luò)的導(dǎo)線相當(dāng)于一根避雷線，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。我國的消弧線圈接地方式運(yùn)行效果良好，雷擊跳閘率大約可降低1/3左右。

2）避雷線的架設(shè)

在輸電線路的防雷保護(hù)中，避雷線架設(shè)是最有效也是最基本的措施。避雷線主要是防止雷電直接擊打到導(dǎo)線，并且也擁有其他方面作用：其一，分流，主要是為了將流經(jīng)桿塔的雷電流減小，從而將塔頂?shù)碾娢唤档?；其二，通過耦合作用，也會(huì)使得線路絕緣子的電壓有所降低；其三，對于導(dǎo)線也起到了屏蔽作用，對于導(dǎo)線上過電壓的感應(yīng)也有所降低。一般來說，線路電壓越高，避雷線使用的效果也會(huì)更優(yōu)，并且在輸電線路的造價(jià)當(dāng)中，避雷線所花費(fèi)的比重也不高。另外，在高壓輸電線路當(dāng)中一般都會(huì)選擇雙避雷線假設(shè)的方式。

3）桿塔接地電阻降低

降低接地電阻是高壓輸電線路防雷的另一個(gè)有效的防范措施。隨著桿塔接地電阻的增加，高壓輸電線路的耐雷就會(huì)隨之降低，隨著電壓等級的升高，桿塔接地電阻作用降低也就越來的明顯。因此，連接桿塔的牢固以及在良好的底線接觸保護(hù)中就能夠讓雷擊產(chǎn)生的電流通過接地裝置順利地流入大地。在接地電阻降低的措施當(dāng)中，還應(yīng)該全面的分析當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形、原本輸電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，從而選擇合理的措施。第一，接地引下線、架空地線應(yīng)該牢固的連接，保證良好的接觸；第二，接地裝置施工質(zhì)量需要嚴(yán)格把關(guān)，確保接地電阻能夠符合最初的設(shè)計(jì)；此外，對于高電阻率的土壤，還可以使用降阻劑，這樣對接地電阻也能夠加以改善，如此才能夠與金屬接地體緊密的接觸在一起，從而才能夠保證電流流通面足夠大，能夠?qū)⒗纂婋娏餮杆俚囊氲酱蟮刂小?/p>

4）在線路當(dāng)中裝設(shè)避雷器

為了降低直擊雷對于線路的損害，我們主要通過架設(shè)避雷線，但是我們卻無法將感應(yīng)過電壓以及雷電繞擊完全消除掉，因此，我們就應(yīng)該考慮將避雷器安裝在容易遭受雷擊的線路桿塔之上，并且避雷器和接地線之間的連接也能夠?qū)㈦娏饕氪蟮?，這樣對過電壓也起到了限制作用，對于設(shè)備安全以及輸電線路都起到了保障作用。

5）將耦合地線架設(shè)在容易遭受雷擊的區(qū)域

將接地線添加在容易遭受雷擊區(qū)域或者是多發(fā)區(qū)域的導(dǎo)線下方，也能夠保障輸電線路的耐雷水平得到一定程度上的提高，這對雷擊跳閘率也有很好的控制作用。在架設(shè)耦合地線時(shí)，根據(jù)不同的架設(shè)線位置，也可以將其分成直掛式和側(cè)面兩種技術(shù)方式，前面一類主要是在線路導(dǎo)線下方直接架設(shè)，后一類這是在線路兩側(cè)平行的架設(shè)，這樣的方式對于地線的屏蔽作用增強(qiáng)也有保護(hù)作用。耦合地線主要是分流和增大導(dǎo)線、地線之間耦合系數(shù)這兩個(gè)方面的作用。耦合系數(shù)的增加主要是為了將等值波阻抗減少，從而減小絕緣子之上的電壓，通過這樣的方式來提升防雷水平；分流主要是為了降低塔頂?shù)碾娢弧．?dāng)雷電擊打塔頂?shù)臅r(shí)候，就會(huì)大大的減少輸電線路上的感應(yīng)電壓。

6）線路絕緣性能的提高

只有保證線路的絕緣性，才能夠避免被雷擊擊中的次數(shù)，從而有效降低減少線路跳閘率。如果架設(shè)的區(qū)域位于高海拔，并且容易受到雷擊的區(qū)域，就需要強(qiáng)化線路絕緣子的檢查力度，如果絕緣子處于低值或者是零值，就應(yīng)該及時(shí)的更換；及時(shí)地檢查區(qū)域之內(nèi)的土壤情況，做好鹽密測量工作；在停電檢修線路的時(shí)候，也要做好絕緣子的防污處理；此外，如果一般的防雷措施達(dá)不到防雷標(biāo)準(zhǔn)，也可以在其中采用絕緣的方式，這樣對于遭受雷擊的次數(shù)也可以有效的減少。

4.結(jié)語

輸電線路的防雷保護(hù)工作，是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)上審慎考慮，分析雷害事故的成因，針對不同線路特點(diǎn)，摸索出符合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能良好的防雷措施，把雷害事故降到可以承受的限度，從而有效保證線路的安全穩(wěn)定良好運(yùn)行。

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