線路防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃劍

（湖南科鑫電力設(shè)計(jì)有限公司　湖南長(zhǎng)沙　410000）

線路防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃劍

（湖南科鑫電力設(shè)計(jì)有限公司湖南長(zhǎng)沙410000）

雷電是大自然中非常常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，雷電具有很多自身獨(dú)到的特點(diǎn)，它的電壓非常高，同時(shí)它還存在著非常大的損壞能力，對(duì)長(zhǎng)期暴露在室外的輸電線路而言更是如此，一旦輸電線路遭受了雷電的侵?jǐn)_，就可能會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，主要分析了線路防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，以供參考和借鑒。

輸電線路；線路設(shè)計(jì)；防雷技術(shù)

引言

由于電力建設(shè)的需要，很多輸電線路和輸電設(shè)備都是露天安裝，導(dǎo)致自然條件對(duì)其影響較大。由于地形、氣候、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素的限制，給防雷技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)了不利條件，但通過(guò)多年的不斷探索和學(xué)習(xí)，我國(guó)在防雷技術(shù)上也取得了顯著進(jìn)展。本文對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)中的線路防雷技術(shù)進(jìn)行討論。

1　輸電線路頻發(fā)雷擊的原因

不同的地區(qū)發(fā)生雷擊的原因都是不盡相同的，具體包括以下幾方面：①雷電活動(dòng)強(qiáng)烈；②山區(qū)、沿海地區(qū)的不利的地形條件；③設(shè)計(jì)時(shí)采用的參數(shù)不準(zhǔn)確；④土壤電阻率的影響。

1.1雷電活動(dòng)強(qiáng)烈

我國(guó)幅員遼闊，處于不同季風(fēng)帶的地區(qū)的氣候條件也是不一樣的，因而雷擊活動(dòng)的發(fā)生時(shí)間發(fā)生頻率也都不盡相同。在一些山區(qū)，由于地形復(fù)雜，雷電活動(dòng)尤為強(qiáng)烈。比如我國(guó)部分地區(qū)于山地地區(qū)，并且具有較高的森林覆蓋率，雨水豐富，處于多雷區(qū)地帶，雷電擊中輸電線路的頻率較高，造成對(duì)輸電線路的破壞。

1.2山區(qū)、沿海地區(qū)的不利的地形條件

在電路的鋪設(shè)過(guò)程中會(huì)在不同程度上受到地形地貌的影響。對(duì)于山谷帶來(lái)說(shuō)，谷內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，并且谷內(nèi)缺少線路的保護(hù)屏障因而輸電線路暴露的弧長(zhǎng)較大，一旦谷內(nèi)氣壓發(fā)生變化就可能會(huì)使輸電線路造成雷擊；對(duì)于山坡來(lái)說(shuō)，由于上坡和下坡的不同，在下坡地段通常會(huì)增大保護(hù)角度，并且增加繞擊頻率，而這種增加會(huì)給山坡帶來(lái)一定的壓力，加深雷害程度；對(duì)于沿海地區(qū)來(lái)講，由于沿海地區(qū)的空氣中含有的鹽分高于內(nèi)陸地區(qū)，而空氣中的鹽分過(guò)高時(shí)會(huì)使提高輸電線路遭到雷擊的概率。

1.3設(shè)計(jì)時(shí)采用的參數(shù)不準(zhǔn)確

在輸電線路的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用到多種不同的參數(shù)，采用的設(shè)計(jì)參數(shù)的不準(zhǔn)確會(huì)給線路的鋪設(shè)以及線路的防雷帶來(lái)不良影響。采用參數(shù)的不準(zhǔn)確帶來(lái)的問(wèn)題主要包括線路桿塔高度設(shè)計(jì)的不合理、輸電線路的分流作用降低以及線路的不均勻分布。

1.4土壤電阻率的影響

土壤的電阻率也會(huì)影響輸電線路。土壤的成分不同決定了受到雷擊閃爍的影響程度的不同。目前，在輸電線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)土壤的影響考慮不夠周全，因而影響了輸電線路在雷雨天氣的安全性和穩(wěn)定性。

2　電路設(shè)計(jì)線路防雷技術(shù)的應(yīng)用——以110kV輸電線路為例

2.1架設(shè)藕合地線

根據(jù)雷擊閃絡(luò)的反擊理論可知，增加藕合系數(shù)、減少電感、降低接地電阻等均可以提高線路綜合耐雷水平。常規(guī)增加藕合系數(shù)的方法是采用布設(shè)架空地線和增設(shè)藕合地線的方式實(shí)現(xiàn)，但由于雷擊存在暫態(tài)行波和穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)過(guò)程；因此，可以通過(guò)加強(qiáng)型強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線等技術(shù)手段來(lái)增加藕合系數(shù)。110kV架空線路的強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　110kV架空線路的強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)

110kV輸電線路架設(shè)耦合地線即架空地線。如果在輸電線路的正常運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)易擊區(qū)域，采取的措施就是在易擊區(qū)域的導(dǎo)線周?chē)酝獾膮^(qū)域架空地線，使輸電線路遭受雷擊時(shí)將雷電流進(jìn)行耦合或者是分流，極大地減少對(duì)桿塔的耐壓，進(jìn)而提升對(duì)輸電線路的防雷需求。

2.2避雷裝置的安裝

2.2.1搭設(shè)避雷線

避雷線具有效率高、分流效果好、耦合和屏蔽作用明顯等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中，取得了不錯(cuò)的避雷效果。避雷線能減少桿塔的雷擊電流，使得塔頂?shù)碾娢唤档?，并能耦合?dǎo)線降低輸電線路中絕緣子的電壓，減輕雷擊的破壞。實(shí)際建設(shè)中，一般20kV的輸電線路不需要裝設(shè)避雷線，200kV以上的需要全程搭設(shè)避雷線，在500kV以上的高壓線則需要兩條避雷線才能確保其屏蔽功能。

2.2.2安裝負(fù)角保護(hù)針

負(fù)角保護(hù)針是架裝在桿塔的頂部的導(dǎo)線上方的一種側(cè)向避雷針，主要是為了改善屏蔽和減少臨界擊距。負(fù)角保護(hù)針的屏蔽作用在導(dǎo)線的上方，所以雷電只能對(duì)地面放電，以此來(lái)避免雷電繞擊區(qū)的形成。負(fù)角保護(hù)針多用于山坡和山頂?shù)臈U塔上，其多采用長(zhǎng)度為2.5m或2.8m的鋼針，針頭做成尖錐狀。

2.2.3可控放電避雷針

以110kV輸電線路為例進(jìn)行分析，在110kV輸電線路中針對(duì)反擊雷，應(yīng)該減少桿塔接地電阻以便提升輸電線路的耐壓能力，減少輸電線路跳閘事故的發(fā)生。通過(guò)水平外延接地體、深埋式接地極、填允低阻物質(zhì)以及加裝導(dǎo)電接地模塊等來(lái)降低桿塔接地電阻，提高110kV架空線路防雷水平。在高土壤電阻率地區(qū)，采用布設(shè)垂直接地極的方法，可以較好地改善表面干燥土壤線路桿塔存在的接地不良問(wèn)題。110kV線路桿塔垂直接地極的長(zhǎng)度宜選擇1.5m左右，間距宜控制于在4～6m內(nèi)，并采用圓鋼或角鋼進(jìn)行加工，施工過(guò)程中應(yīng)注意防腐處理。圖2為垂直接地體施加降阻劑技術(shù)。

2.2.4雷電接閃器

雷電接閃器有避雷的作用，但其本體是一個(gè)感抗，其在雷擊發(fā)生時(shí)能夠?qū)U塔過(guò)電壓進(jìn)行消減，其對(duì)雷電流波峰消減幅度可達(dá)到30%以上。該裝置能記錄桿塔落雷的數(shù)據(jù)，為對(duì)雷電研究提供了數(shù)據(jù)支持。

圖2　垂直接地體施加降阻劑技術(shù)

2.3自動(dòng)重合閘裝置的安裝

自動(dòng)重合閘是當(dāng)線路當(dāng)線路出現(xiàn)故障，繼電保護(hù)使斷路器跳閘后，自動(dòng)重合閘裝置經(jīng)短時(shí)間間隔后使斷路器重新合上。廣泛應(yīng)用于架空線輸電和架空線供電線路上，該類(lèi)裝置可分為四種狀態(tài)：?jiǎn)蜗嘀睾祥l、綜合重合閘、三相重合閘、停用重合閘。該裝置可以提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)，還能保持電力系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性，該裝置本身投資很低，工作可靠，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。一般的，線路故障跳閘后重合閘越快，效果越好。資料表明，輸電線路中重合閘成功率較高，使得它已經(jīng)成為一種行之有效的防雷措施。

2.4改善接地電阻

當(dāng)合理匹配接地地阻和避雷線可有效地實(shí)現(xiàn)降低過(guò)電壓的功能，常規(guī)設(shè)計(jì)采取的延長(zhǎng)或增加接地射線的方式降低桿塔接地電阻，對(duì)于土質(zhì)不良的地區(qū)效果有限。目前應(yīng)用在實(shí)際中的降低輸電線電路接地電阻的方法有：①延長(zhǎng)或增加接地射線，針對(duì)接地材料腐蝕的老舊線路，往往采取增加接地線的方式，是新建和改造線路中常用的降阻方法；②垂直接地體法，該方法是在接地裝置的射線上，每隔3m增設(shè)長(zhǎng)度0.6m左右的垂直接地體，一般用角鋼，并與接地線進(jìn)行焊接；③集中接地法，是指在桿塔的基礎(chǔ)外挖一圈直徑為10～20m、深為60cm的溝，在溝內(nèi)每隔2～3m打一根垂直接地體，用圓鋼將所有垂直接地體相連再與桿塔的接地引下線相連；④換土法，對(duì)低處土壤電阻率較高的桿塔或石頭山，采用換土的方式來(lái)降低土壤的電阻，即在桿塔附近周?chē)诔鲈型寥?，并回填一層電阻率低的土壤，再進(jìn)行接地設(shè)置。

3　結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展以及電力資源對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钪匾缘牟粩嗵岣?，電力工作人員肩負(fù)的責(zé)任也越來(lái)越大。因而在輸電線路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)防雷措施的設(shè)計(jì)，通過(guò)精確的計(jì)算、全面的了解和科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，使輸電線路的耐雷水平得到提升，使輸電線路的安全性得到更多的保證。

[1]葉曉東.輸電線路設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的防雷技術(shù)措施研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011（33）：131～132.

[2]張俊心.輸電線路設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的防雷措施[J].科技視界，2013（3）：185.

[3]高鑫.淺談?shì)旊娋€路防雷接地設(shè)計(jì)與維護(hù)策略[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)：學(xué)術(shù)版，2011，30（17）：45～46.

TM863

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1673-0038（2015）38-0280-02

2015-8-3

黃劍（1985-），助理工程師，本科，主要從事高壓輸電線路設(shè)計(jì)工作。