220 kV高壓輸電線路防雷接地技術(shù)分析

羅玉鶴

摘 要：隨著我國用電需求的不斷增加，對高壓輸電線路輸電安全的要求也越來越高。高壓輸電線路的防雷是輸電線路安全工作中的重要環(huán)節(jié)。針對高壓輸電線路的特點(diǎn)，分析、研究了220 kV高壓輸電線路的防雷接地技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；防雷接地技術(shù)；雷電活動；避雷設(shè)施

中圖分類號：TM862+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0037-03

雷擊是一種不可預(yù)知的自然現(xiàn)象，一直以來都是威脅高壓輸電線路安全輸電的主要因素。因此，如何保護(hù)高壓輸電線路，防止雷擊的破壞，進(jìn)而保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行成為了關(guān)鍵問題。防雷接地技術(shù)不僅能夠避免電力系統(tǒng)因受到雷擊而發(fā)生跳閘的情況，還能很好地保護(hù)周圍的電力設(shè)施，對高壓線路的安全輸電有著非常重要的意義。

1 高壓輸電線路的防雷原則和意義

我國的高壓線路設(shè)施大多分布在比較空曠的郊區(qū)，但郊區(qū)恰好是雷擊的高發(fā)地。一旦發(fā)生雷擊，就會給高壓線路帶來很大的危害——遭受雷擊的高壓線會因電壓過高而引起自動跳閘和系統(tǒng)自動切斷線路，導(dǎo)致線路跳閘，進(jìn)而使整個電力系統(tǒng)受到損害。如果雷擊地點(diǎn)周圍的輔助設(shè)施的絕緣性和抗壓力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，就會因雷擊產(chǎn)生的強(qiáng)大電流引發(fā)二次傷害，進(jìn)而威脅到周圍人民群眾的生命、財產(chǎn)安全。雷擊對高壓輸電線路乃至整個電力系統(tǒng)的損害是非常大的，且維修工作也會耗費(fèi)大量的時間、人力和財力。雷擊不僅會造成電力傳輸突然中斷，進(jìn)而影響人民群眾的生產(chǎn)和生活，還會在很大程度上破壞國家的財產(chǎn)。所以說，對我國的高壓輸電線路進(jìn)行防雷是非常必要的。通過應(yīng)用高壓輸電線路的防雷接地技術(shù)，不僅能有效地減少電力系統(tǒng)的安全隱患，還能提高我國高壓輸電的效率和安全系數(shù)。

高壓輸電線路的防雷原則應(yīng)該根據(jù)不同的地域采用不同的防雷措施，還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形和周圍環(huán)境等因素，制訂出切實(shí)有效的防雷方案。除此之外，要對高壓輸電線路進(jìn)行準(zhǔn)確地分段評估并制訂出處理預(yù)案；應(yīng)對當(dāng)?shù)氐母邏狠旊娋€路可能出現(xiàn)的故障和漏洞進(jìn)行評估和補(bǔ)充，盡可能將雷擊造成的損失降到最低。

2 雷擊過程分析

2.1 雷擊產(chǎn)生的原因

高壓輸電線路是使用金屬材料最多的供電線，同時，大量的供電線路都是架空結(jié)構(gòu)，會使高壓電路在受雷擊的過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流，并能輕易地進(jìn)入供電線路中。線路遭受雷擊后，不僅會損壞電力設(shè)施、影響正常輸電，還會破壞電力通信系統(tǒng)。雖然在各個高壓輸電線線路都配備了高壓和閥型避雷設(shè)施，但是因現(xiàn)有的設(shè)備反應(yīng)較慢且殘壓較高，因此會造成低壓輸電線路的暫態(tài)過電壓。

2.2 高壓輸電線的感應(yīng)電流

在雷雨天氣中，雷電會使高壓輸電線路的架空導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電流。一旦雷云對大地放電，就會使高壓導(dǎo)線中的電荷掙脫束縛，形成自由移動的電荷，并以雷電沖擊波的形式向輸電線路的兩端傳動。此時，電荷的移動就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，并與導(dǎo)線中的電阻形成雷電感應(yīng)電壓，且電壓很高，足以對電力設(shè)施造成致命的破壞。

2.3 雷害的形成過程

當(dāng)高壓輸電線路遭遇雷擊時，一般會經(jīng)歷四個階段：①高壓輸電線路遭受雷擊后產(chǎn)生過電壓；②高壓輸電線路閃絡(luò)；③高壓輸電線路從閃絡(luò)逐漸恢復(fù)到工頻電壓；④供電線路跳閘，輸電停止。

3 高壓輸電線路防雷方面存在的問題

3.1 雷電活動頻繁且隨機(jī)性較大

在夏季的雷雨時節(jié)，雷電活動較為頻繁且隨機(jī)性較大，使這類自然災(zāi)害沒有固定的規(guī)律可循。雖然我國在天氣預(yù)報等預(yù)測方面的技術(shù)較為先進(jìn)，但是還存在著很大的局限性。所以，不能準(zhǔn)確地預(yù)測雷電活動，無法做到有效的預(yù)防，這也在一定程度上造成無法正確判讀高壓輸電線路的閃絡(luò)類型。

3.2 高壓輸電線路的設(shè)計水平有限

在對高壓輸電線路設(shè)計時，由于各地的設(shè)計水平不同，所以各個地區(qū)的線路設(shè)計也不盡相同。因地域的差距，線路設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、環(huán)境等因素適當(dāng)調(diào)整線路，而不是生搬硬套輸電線路的常規(guī)設(shè)計方法，比如在設(shè)計線路時，沒有參照、對比當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪驶蚪拥仉娮璧娜≈担@也是導(dǎo)致高壓輸電線路經(jīng)常遭遇雷擊的重要因素之一。

3.3 高壓輸電設(shè)施焊接點(diǎn)的質(zhì)量較低

高壓輸電設(shè)施接觸點(diǎn)的焊接質(zhì)量一般較低，加上年久失修，就可能會引起高壓輸電線路的跳閘故障。例如，在高壓設(shè)施的施工中，一些接地體的接頭在焊接時存在長度不夠或接頭深度不足等缺陷，這就會造成高壓輸電線路的意外跳閘情況。

3.4 接地電阻普遍較高

如果高壓輸電線路的接地裝置運(yùn)行時間較長，且長時間沒有維護(hù)，就會導(dǎo)致接地裝置遭受嚴(yán)重的腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致接地電阻升高，嚴(yán)重影響高壓輸電線路的安全運(yùn)行。在進(jìn)行回路檢測時，如果放置的電極沒有達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)或架桿內(nèi)部有嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，也會影響接地電阻的準(zhǔn)確性。

4 220 kV高壓輸電線路的防雷技術(shù)

4.1 避雷線的應(yīng)用

應(yīng)用避雷線是高壓輸電線路防雷的基本措施。避雷線的主要作用是防止雷電擊中高壓輸電線，從而起到保護(hù)作用。除此之外，避雷線能夠很好地對雷擊產(chǎn)生的巨大電流進(jìn)行分流，從而減少流入桿塔的電流，避免產(chǎn)生強(qiáng)大的電流而對其他電力設(shè)施造成破壞。避雷線還能夠通過屏蔽輸電線的電壓來減少雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。通過導(dǎo)線的耦合作用能有效地降低輸電線路絕緣方面的電壓。避雷線的架設(shè)有一定的原則，一般其避雷效果和線路的電壓成正比——電壓越高，避雷效果越明顯，且避雷線在線路中的性價比也就越高。因此，架設(shè)避雷線對于220 kV高壓輸電線路是非常必要的。

4.2 降低接地電阻

降低接地電阻是提升高壓輸電線路防雷能力的主要途徑，其主要方法是降低桿塔的高度。在土壤電阻率較低的地區(qū)可以通過降低桿塔的高度來降低接地電阻，而在土壤電阻率較高的地區(qū)，降低接地電阻就比較困難，可以通過延長接地體或使用降阻劑來降低接地電阻，從而提高輸電線路的防雷能力。

4.3 使用消弧線圈的接地方式

在接地電阻較高和雷電活動較為頻繁的地區(qū)，可以使用消弧線圈的接地方式進(jìn)行防雷。消弧線圈的接地方式可以很好地避免單相雷擊接地故障。當(dāng)二相和三相遭到雷擊時，單相導(dǎo)線不會因受到雷擊而發(fā)生跳閘故障。導(dǎo)線閃爍后相當(dāng)于接地，從而增加了耦合作用，使線路的電壓降低，增強(qiáng)了輸電線路的防雷能力。

4.4 提高絕緣水平

由于高壓輸電線路的桿塔越高，就越容易遭到雷擊，所以，對于要求使用高桿塔輸電線路的特殊地區(qū)，遭到雷擊的概率較大。在搭設(shè)高桿塔時，應(yīng)采取加大桿塔頂部的空間、采用大爬距懸式絕緣子和增加絕緣子的串片數(shù)等方法來加強(qiáng)高壓輸電線路的抗雷能力。在遭到雷擊時，高桿塔的感應(yīng)電流和等值電感很大，遭受雷擊的概率也會隨桿塔高度的增加而增加。根據(jù)行業(yè)規(guī)定，凡是高出40 m的桿塔，每超出10 m就應(yīng)多加入一個絕緣子，超過100 m的桿塔就需要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來判斷絕緣子增加的數(shù)量。

4.5 安裝自動重合閘

高壓輸電線路的絕緣子有良好的自我修復(fù)性。多數(shù)因雷擊發(fā)生的沖擊閃絡(luò)和工頻電弧在輸電線路跳閘后，會發(fā)生速度較快的游離，致使高壓輸電線路不會遭受致命的損壞。因此，安裝自動重合閘對于提升高壓輸電線路的抗雷能力是相當(dāng)必要的。由于很多雷擊事故在中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中都是單相閃絡(luò)，因此，電力人員可以使用單相重合閘來降低對用戶的供電影響和減輕維修斷路器的工作量。

4.6 架設(shè)耦合地線

降低桿塔高度能夠有效地減少接地電阻，是非常有效的抗雷方法。但是，當(dāng)不能通過降低桿塔來降低接地電阻時，就可以利用架設(shè)耦合地線來達(dá)到輸電線路防雷的目的。這種方法的主要作用是增加導(dǎo)線與避雷線的耦合作用，從而減少絕緣子串的電壓。此外，架設(shè)耦合地線還能對雷擊電流進(jìn)行分流。實(shí)踐表明，架設(shè)耦合地線對高壓輸電線路能夠起到一定的防雷作用。

4.7 安裝管型避雷器

對于高壓輸電線路受到雷擊后產(chǎn)生的一些高電壓和絕緣缺陷，應(yīng)采用管型避雷器進(jìn)行保護(hù)。安裝管型避雷器不僅能夠避免高壓輸電線路絕緣中的沖擊閃絡(luò)，還能夠?qū)崿F(xiàn)零建弧率。在高壓輸電線路中，管型避雷器主要安裝在通信線路和高壓線路之間或交叉跨襠、帶有避雷線的桿塔、換位桿塔和變電站中的進(jìn)線保護(hù)等處。

4.8 絕緣方式中的不平衡法則

在高壓輸電線路的架設(shè)中，為了節(jié)省更多的空間，同桿架設(shè)的雙回路現(xiàn)象越來越多。由于這種架設(shè)方法不能達(dá)到防雷的目的，所以，可以使用絕緣中的不平衡法則使其達(dá)到防雷的標(biāo)準(zhǔn)。使雙回路絕緣子串的片數(shù)不同，這樣即使桿塔被雷擊中，片數(shù)較少的絕緣子就會先閃絡(luò)，這樣閃絡(luò)的導(dǎo)線就相當(dāng)于處于接地狀態(tài)，從而加強(qiáng)了對其他導(dǎo)線的耦合作用，也就提高了整個輸電回路的抗雷能力。

4.9 接地技術(shù)的應(yīng)用

接地處理不僅在整個電力系統(tǒng)中有著極其重要的安全保障作用，還被應(yīng)用到了高壓輸電線路的防雷系統(tǒng)中。接地技術(shù)能夠很好地將雷擊產(chǎn)生的強(qiáng)大電流分流通入大地，還能有效地減少輸電線路因雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)電流造成的壓力。利用接地技術(shù)進(jìn)行防雷能夠最大限度地保障電力設(shè)施的安全運(yùn)行，接地處理作為防雷技術(shù)的中心環(huán)節(jié)有著極其重要的意義。

一般情況下，接地技術(shù)從作用上講主要分為3種形式：①保護(hù)接地。指在電子系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，利用電力設(shè)備外殼的帶電部分進(jìn)行的接地。②工作接地。指在保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，將大地作為導(dǎo)線進(jìn)行的接地。③防雷接地。指利用電力設(shè)施的保護(hù)裝置和設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行的接地。

防雷接地棒是高壓輸電設(shè)備與大地的連接點(diǎn)。在選擇高壓接地棒時，應(yīng)采用銅鍍鋼材料制成的接地棒。由于傳統(tǒng)的防雷接地棒是由鍍鋅圓鋼材料制成的，雖然我國在這方面的要求并不嚴(yán)格，但是在實(shí)際運(yùn)行中，傳統(tǒng)的接地棒還是存在一些缺陷。銅鍍鋼接地棒能彌補(bǔ)這一缺陷的原因有以下三方面：①銅鍍鋼防雷接地棒的長度一般為1.5 m、2 m和2.5 m，并且可以通過螺紋接口連接成任意長度。這就可以通過增加垂直接地極長度來有效降低接地電阻，從而達(dá)到增加防雷效果的目的。②銅鍍鋼防雷接地棒的安裝不用破壞路面，其直徑較小、便于安裝且安裝周期短。③銅鍍鋼接地棒的耐用度極強(qiáng)，且具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。除此之外，由于其采用了銅和鋼的混合材料，所以它既具有銅的優(yōu)良導(dǎo)電性，也具有不銹鋼的抗氧化性。雖然這種接地棒的造價比較高，但是其性價比是非常高的，不僅能節(jié)約更多的維護(hù)和改造費(fèi)用，還能提高高壓輸電線路的穩(wěn)定性。

5 避雷設(shè)施的配備

避雷針是高層建筑和電力設(shè)施中最常見的一種避雷設(shè)施。但避雷針只能對小范圍的區(qū)域進(jìn)行小規(guī)模的防雷，不能對高壓輸電線路進(jìn)行大范圍的保護(hù)。雖然避雷針有一定的避雷效果，但是在一定情況下反而會增加高壓輸電線遭受雷擊的概率。原因在于，當(dāng)雷電擊中避雷針時，就會在避雷針引雷的瞬間在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，致使周圍的雷電屏蔽設(shè)備無法正常運(yùn)行，從而引發(fā)更多的雷擊。

消雷器作為我國高壓輸電線路中先進(jìn)的防雷設(shè)備之一，能夠起到有效的防雷作用。消雷器相較于一般的避雷設(shè)施，具有避雷范圍廣和避雷效率高的特點(diǎn)。消雷器在我國高壓輸電線路的防雷應(yīng)用中占有重要地位，在實(shí)際應(yīng)用中起到了很好的避雷效果。在所有的避雷設(shè)施中，消雷器擁有很大的優(yōu)勢，在因地域和環(huán)境的不同造成的接地電阻不同的情況下，消雷器也能有很好的防雷效果。

6 新型防雷技術(shù)的應(yīng)用

目前，國內(nèi)外采用的大多是傳統(tǒng)的防雷技術(shù)，傳統(tǒng)的防雷技術(shù)雖然較為可靠，但面對毫無規(guī)律的雷電災(zāi)害而言，還是不能起到很好的保護(hù)作用。隨著我國電力自動化水平的不斷提高，我國高壓輸電線路的防雷技術(shù)也有所提高。

隨著信息時代的來臨，計算機(jī)信息技術(shù)也被很好地應(yīng)用到防雷系統(tǒng)中。不僅在我國高壓輸電線路上得到了應(yīng)用，還在科技產(chǎn)品的制造上也加入了較為先進(jìn)的防雷技術(shù)。例如，部分廣播電視臺為預(yù)防雷擊事故的發(fā)生，采用了衛(wèi)星接收機(jī)和電信光端機(jī)等高科技設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)，有效地避免了雷擊造成的信號中斷等意外損害。

7 結(jié)束語

高壓輸電線路作為國家電網(wǎng)運(yùn)行的命脈，保障其安全運(yùn)行的意義是極其重大的。雷擊作為高壓輸電線路的“頭號殺手”，嚴(yán)重威脅到了高壓輸電線路的運(yùn)行安全。雖然我國對高壓輸電線路的防雷研究取得了一定的成果，但是高壓輸電線路的防雷技術(shù)還需要進(jìn)一步的提升與完善。

參考文獻(xiàn)

[1]曾嘉.高壓輸電線路防雷技術(shù)分析[J].電力訊息，2014（03）：41-42.

[2]韋基毅.淺談220 kV高壓輸電線路的防雷技術(shù)[J].工業(yè)技術(shù)，2013（17）：90.

[3]謝廣壘.220 kV高壓輸電線路防雷接地技術(shù)探討[J].電氣工程與自動化，2011（27）：37.

〔編輯：張思楠〕