輸配電線路的防雷設(shè)計(jì)技術(shù)分析

范建軍

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司）

輸配電線路的防雷設(shè)計(jì)技術(shù)分析

范建軍

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司）

本文以輸配電線路的防雷設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，介紹輸配電線路防雷設(shè)計(jì)的重要性，提出具有可操作性的設(shè)計(jì)方案，降低輸配電線路因雷電導(dǎo)致的故障發(fā)生率。

輸配電；線路；防雷

0 引言

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，截止到2016年底，我國(guó)輸配電線路故障中，約有28%的故障由雷電導(dǎo)致，其中包括雷電直接擊毀和間接影響兩種方式。因此，為解決雷電對(duì)輸配電線路的影響，需要根據(jù)輸配電線路的實(shí)際情況加裝防雷設(shè)施，保證城鄉(xiāng)居民的正常用電。

1 雷電對(duì)輸配電線路的影響

雷電對(duì)輸配電線路的影響存在于多個(gè)方面，首先，由于桿塔遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面，在雷電高發(fā)期極易遭受雷擊，這是導(dǎo)致輸配電線路受雷電影響較大的主要原因之一。其次，雷電直接作用在輸配電線路上時(shí)（直擊、反擊、繞擊），雷電過(guò)電壓對(duì)輸配電線路造成間接影響，輸配電線路的絕緣性大大降低，導(dǎo)致工頻電弧的出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致漏電保護(hù)器工作，輸配電線路斷開(kāi)。

雷電對(duì)輸配電線路的影響不僅表現(xiàn)在相關(guān)電氣設(shè)備的正常工作上，輸配電線路受雷擊后，也將對(duì)人們的生活產(chǎn)生間接影響。因此，加強(qiáng)輸配電線路的防雷設(shè)計(jì)直接關(guān)系人們的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全，意義重大。

2 雷電產(chǎn)生的電壓種類

2.1 感應(yīng)雷過(guò)電壓

感應(yīng)雷過(guò)電壓的形式有靜電感應(yīng)電壓和磁感應(yīng)電壓兩種，靜電感應(yīng)電壓是由于云層中存在大量負(fù)電荷，這時(shí)的云就成為了“雷云”，當(dāng)帶有大量負(fù)電荷的“雷云”距離輸配電線路較近時(shí)，根據(jù)異性電荷相互吸引的原理，輸配電線路的末端將出現(xiàn)大量正電荷，這些正電荷將朝著輸配電線路的兩個(gè)方向移動(dòng)，形成靜電感應(yīng)電壓。而磁感應(yīng)電壓的存在是由于在雷電擊中大地后，將形成較為強(qiáng)大的空間磁場(chǎng)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，輸配電線路上將出現(xiàn)超高的感應(yīng)電壓，嚴(yán)重威脅輸配電線路的安全。

2.2 直擊雷過(guò)電壓

日常生活中，在雷電天氣中出現(xiàn)的跳閘、擊穿現(xiàn)象，以及家用電器帶電的情況，均與直擊雷過(guò)電壓存在關(guān)系。當(dāng)雷電直接擊中輸配電線路時(shí)，輸配電線路上的電流將在瞬間達(dá)到較高值，這一電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了輸配電線路保護(hù)、控制系統(tǒng)的要求，因此，直擊雷過(guò)電壓所造成的影響與危害要略大于感應(yīng)雷過(guò)電壓。

2.2.1 輸配電線路的防雷設(shè)計(jì)方案

為降低雷電對(duì)輸配電線路正常工作的影響，需要在傳統(tǒng)輸配電線路的基礎(chǔ)上增加防雷設(shè)計(jì)，以保證人們對(duì)電的正常需求，減少對(duì)人身與財(cái)產(chǎn)安全造成的損失。

（1）架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸配電線路防雷的常見(jiàn)手段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)常遭受雷擊的輸配電線路主要集中在35kV以下，因此，此類輸配電線路的絕緣性也就沒(méi)有較高要求，傳統(tǒng)避雷手段的效果可忽略不計(jì)。當(dāng)出現(xiàn)直擊雷過(guò)電壓時(shí)，輸配電線路中的大電流將對(duì)附近變電站造成破壞性影響。因此，為降低直擊雷過(guò)電壓對(duì)輸配電線路的影響，需要在變電站附近假設(shè)避雷線，距離為2m，這種避雷線鋪設(shè)方法能夠有效預(yù)防因雷電對(duì)輸配電線路造成的反擊和繞擊，避雷線的屏蔽效果受避雷線與外側(cè)導(dǎo)線保護(hù)角存在相關(guān)性，通常將這一保護(hù)角設(shè)定為20°。

（2）增加中性點(diǎn)非有效接地

增加中性點(diǎn)非有效接地能夠在輸配電線路的二相、三相存在落雷時(shí)增加電流的分流效果，進(jìn)而降低為閃絡(luò)相上的電壓，從而提高輸配電線路在雷電環(huán)境下的生存水平。所以，對(duì)于35kV（或35kV以下）的輸配電線路的桿塔，應(yīng)當(dāng)增加中性點(diǎn)非有效接地，有效降低因雷電導(dǎo)致的輸配電線路故障發(fā)生率。

（3）加強(qiáng)輸配電線路的檢修工作

在對(duì)過(guò)去發(fā)生的雷擊輸配電線路故障進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，線路老化也是輸配電線路易受雷擊的主要原因之一。因此，在加強(qiáng)輸配電線路防雷研究的同時(shí)，也要注意輸配電線路的檢修與管理，增加輸配電線路巡查人員檢查頻次，對(duì)于輸配電線路出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)處理。不僅如此，輸配電線路巡查人員應(yīng)當(dāng)注意接地線路的檢查，提高輸配電線路的絕緣性，降低因雷擊導(dǎo)致的跳閘概率。對(duì)于以前發(fā)生過(guò)雷擊的輸配電線路，應(yīng)當(dāng)加裝避雷器，對(duì)桿塔接地電阻進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于接地電阻較高的桿塔，需要查明原因，必要時(shí)可以鋪設(shè)“引雷線”，以降低雷電對(duì)輸配電線路的傷害。

（4）降低輸配電線桿塔的接地電阻

對(duì)于輸配電線路來(lái)說(shuō)，如果桿塔的接地電阻較高，輸配電線路遭到雷擊的可能性也就大大增加，并且，因雷擊所造成的損失也較大。因此，在輸配電線路桿塔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需明確桿塔接地電阻與其耐雷擊水平成反比例函數(shù)關(guān)系，基于桿塔實(shí)際安裝位置土壤的電阻率，選擇桿塔實(shí)際接地電阻較低的位置施工，這是降低輸配電線桿塔接地電阻最為直接、經(jīng)濟(jì)的手段。具體做法包括接地體深埋與延伸接地體射線，輸配電線路桿塔接地體的掩埋深度需要根據(jù)環(huán)境的不同而區(qū)別對(duì)待，耕地地區(qū)接地體的掩埋深度需要大于80cm，非耕地地區(qū)接地體的掩埋深度需要大于60cm。對(duì)于接地電阻無(wú)法達(dá)到指標(biāo)要求的，可以采取延伸接地體射線的方式降低接地電阻，然而，對(duì)于接地體射線大于8根的（接地體射線長(zhǎng)度大于80cm），則不再需要延長(zhǎng)接地體射線。

（5）使用耦合地埋線方式

耦合地埋線的方式經(jīng)常使用在輸配電線路防雷設(shè)計(jì)中，其作用主要包括以下兩種，一，耦合地埋線方式能夠有效降低接地電阻，最大限度降低輸配電線路受雷感電壓的影響，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流與直擊電流的分流。在土壤電阻率較高的地區(qū)，通過(guò)耦合埋線的方式可以有效降低桿塔接地電阻，根據(jù)國(guó)外實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明，耦合地埋線方式效果極為明顯。二，耦合地埋線能夠在一定程度上架空地線，以實(shí)際案例分析，使用耦合地埋線方式，可降低因雷擊跳閘發(fā)生概率約為40%，輸配電線路的耐雷擊水平大大提高，工作穩(wěn)定性較以往也有所增加。

2.2.2 輸配電線路的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

以我國(guó)某縣的35kV輸電線路防雷設(shè)計(jì)為例，其設(shè)計(jì)范圍為220kV的一個(gè)一次變電所35kV出線構(gòu)架至35kV的該變電所二次變構(gòu)架線路，35kV的該變電所一、二線工程線路的總長(zhǎng)度為13.8km。其中，回路數(shù)為雙回線路。首先，導(dǎo)線采用LGJ-240/30型鋼芯鋁絞線，全線都使用200～300的避雷線導(dǎo)線，其使用應(yīng)力安全系大于2.5。

再次，采用6片耐張鐵塔絕緣子，材質(zhì)為FC100P-146鋼化玻璃，其泄露距離的校驗(yàn)為λm/Uh=（32×6）/66=2.91cm/kV＞1.6cm/kV。直線鐵塔絕緣子為一串FXBW4-70/100型棒式復(fù)合絕緣子，其泄露距離的校驗(yàn)為λm/Uh=242/66=3.6cm/kV＞1.6cm/kV。其中，λ表示每個(gè)絕緣子的泄露距離m為每串絕緣子的個(gè)數(shù)，Uh為額定電壓。在本線路中，35kV線路不采用絕緣避雷線，全線對(duì)地不絕緣，采用直接地防雷。

由于該線路10～40號(hào)塔位屬于多雷區(qū)，因此需要對(duì)其防雷措施進(jìn)行強(qiáng)化，接地電阻不得低于30Ω，并在該段線路上地勢(shì)和接地電阻較高的鐵塔處，增加10組線路氧化鋅避雷器，使用的避雷型號(hào)分別為HY5WZ-51/134Q，8/20μS，雷電殘壓為134V。

本線路經(jīng)過(guò)的土壤電阻率為300～2000Ωm，接地方式為閉合方框加水平射線的表面輻射型接地體，接地裝置的材料均為φ8～12mm的鋼材。為發(fā)揮出接地體的實(shí)際效果，要將兩個(gè)接地體的距離控制在5m以上，接地體的焊接長(zhǎng)度控制在50～60mm，埋入耕地的深度不低于0.8m，埋入粘土的深度不低于0.5m，埋入巖石的深度不低于0.3m。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的逐漸加快，輸配電線路的改造與建設(shè)項(xiàng)目日益增加，關(guān)于輸配電線路遭雷擊導(dǎo)致故障的案例也越來(lái)越多，不僅影響到人們的日常生活，也為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展埋下了隱患。為此，加強(qiáng)輸配電線路防雷設(shè)計(jì)研究，能夠有效降低輸配電線路因雷擊導(dǎo)致的故障，避免輸配電線路因雷擊導(dǎo)致的人身與財(cái)產(chǎn)安全受損。

2017-05-27）