架空輸電線路防雷措施的研究

曾靈聰++孫宏彪++石榮輝++陳星++熊心

摘 要：近年來江西省電網(wǎng)發(fā)展比較迅速，500千伏輸電線路已由2005年的5回總長551公里，發(fā)展為如今的52回總長近4000公里。由于線路里程的擴(kuò)張，線路走廊日趨緊張，很多輸電線路走廊跨越崇山峻嶺和雷擊多發(fā)區(qū)，極易受到雷害的侵襲。為此，分析雷擊過電壓的種類以及雷擊危害，根據(jù)歷年來江西超高壓防雷整治的經(jīng)驗(yàn)，提出了一些行之有效的防雷措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路；雷擊跳閘；防雷措施

引言

江西省地處亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，雷暴活動(dòng)頻繁，屬于高雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)，雷擊災(zāi)害十分嚴(yán)重。有些地方多雷地區(qū)線路雷擊跳閘次數(shù)可以占到總跳閘次數(shù)的40～70%[1]，極大地影響了居民的日常生活和工業(yè)用電。因此梳理分析雷害的種類和原因，提出可操作的防護(hù)措施，最大限度地減少雷害造成的損失，就顯得尤為必要。

1 雷擊過電壓的種類及雷擊危害

根據(jù)過電壓形成的物理過程，在500千伏輸電線路上產(chǎn)生的雷擊過電壓可以分為兩個(gè)不同的概念。一種是直擊雷過電壓，分為反擊和繞擊兩種情況。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，超高壓輸電線路跳閘主要不是反擊，而大部分是繞擊引起的。尤其是在地形相對(duì)復(fù)雜的山區(qū)，發(fā)生繞擊的概率與平原地區(qū)相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反擊。另一種是感應(yīng)雷過電壓，雷電擊中線路附近的地面，由電磁感應(yīng)引起導(dǎo)線上的過電壓，幅值一般在300～400千伏左右。

雷電對(duì)輸電線路危害最大的是直擊雷過電壓，因?yàn)樗姆逯岛芨?，可達(dá)上百萬伏破壞性很強(qiáng)，在輸電線路上極其容易可能引起絕緣子閃絡(luò)、燒傷或擊穿，擊斷導(dǎo)、地線造成跳閘停電事故，更有甚者造成人身傷亡事故。

2 防雷措施的研究

對(duì)輸電線路開展防雷治理時(shí)，首先應(yīng)對(duì)線路電壓等級(jí)、桿塔塔型、所處雷區(qū)等級(jí)、典型地形、接地電阻等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，在此基礎(chǔ)上為線路設(shè)置保護(hù)措施防止雷電波的入侵，從源頭上降低累計(jì)跳閘率。

2.1 裝設(shè)避雷線或耦合地線

避雷線就是我們平時(shí)所說的架空地線，架設(shè)在導(dǎo)線上方，110千伏及以上電壓等級(jí)的輸電線路都應(yīng)全架設(shè)避雷線，保護(hù)整條線路免遭雷擊，最主要是防止雷電直擊導(dǎo)線，分流雷電流，還有對(duì)導(dǎo)線起屏蔽和耦合作用。架空線路裝設(shè)避雷線后，雷電流可沿避雷線順著桿塔經(jīng)接地引下線進(jìn)入大地，從而保護(hù)線路不受雷電侵害。通常來說，線路電壓等級(jí)越高，采用避雷線的效果就越好。500千伏及以上輸電線路都架設(shè)雙避雷線，而且輸電線路離地面越高，保護(hù)角就得越小。對(duì)于已經(jīng)裝設(shè)了避雷線的線路，還可以在導(dǎo)線的下方再增加一條架空地線，稱為耦合地線[3]。

2.2 降低桿塔接地電阻

接地電阻值的大小是影響桿頂電位的關(guān)鍵性因素。接地電阻越小，一旦遭遇雷擊，雷擊時(shí)桿頂電位就越低，對(duì)線路造成的過電壓也就會(huì)隨之越小，反之則反。隨著輸電線路運(yùn)行年限的增加，接地網(wǎng)容易出現(xiàn)老化腐蝕等現(xiàn)象，造成接地電阻阻值超過設(shè)計(jì)值。所以，架空輸電線路要按計(jì)劃開展接地電阻檢測，對(duì)不合格的予以及時(shí)改造。一般來說，常用的降低接地電阻的方法主要有以下六種：（1）延長或增加接地射線；（2）增加人工接地體；（3）集中接地法；（4）換土法；（5）化學(xué)處理；（6）深埋接地體法。

2.3 提高架空線路耐雷水平

絕緣性能的好壞，直接決定線路的絕緣水平。因此在滿足線路正常運(yùn)行和內(nèi)過電壓要求的前提下，要充分考慮加強(qiáng)線路絕緣，使線路始終滿足架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程的要求。一般而言，主要措施有以下四種：（1）在充分降低接地電阻的前提下，個(gè)別高桿塔增加絕緣子；（2）把普通絕緣子換成爬電比距更大的絕緣子；（3）定期對(duì)絕緣子進(jìn)行檢測，及時(shí)更換低值、零值和破損等不合格的絕緣子；（4）初設(shè)時(shí)增加預(yù)算，新建線路提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 安裝負(fù)角保護(hù)針

負(fù)角保護(hù)針適用于220千伏及以上輸電線路，110千伏線路不適合安裝負(fù)角保護(hù)針。架空線路裝設(shè)負(fù)角保護(hù)針后，就是想利用傳統(tǒng)避雷針的引雷原理，將部分可能繞擊導(dǎo)線的雷電流通過負(fù)角保護(hù)針引至桿塔成為反擊雷，一句話就是“引繞擊為反擊”。安裝負(fù)角保護(hù)針的桿塔必須保持較小的接地電阻，并且接地導(dǎo)通良好。

2.5 安裝可控放電避雷針

江西500千伏線路應(yīng)用的可控放電避雷針，主要由針頭、儲(chǔ)能控制裝置、引下導(dǎo)體及接地四個(gè)部分組成。該可控放電避雷針通過動(dòng)態(tài)環(huán)和儲(chǔ)能裝置控制針頭電場，使它能夠在雷閃發(fā)生前產(chǎn)生向上的先導(dǎo)，從而引發(fā)上行雷閃，由于上行雷閃雷電流幅值小，平均小于7千安，陡度低而且不繞擊，故該可控放電避雷針可有效降低雷電繞擊概率，應(yīng)用前景廣泛，具有極高的推廣價(jià)值意義。

2.6 安裝線路避雷器[4]

線路避雷器通常與絕緣子串并聯(lián)安裝。當(dāng)出現(xiàn)不正常電壓時(shí)，避雷器將發(fā)生動(dòng)作，起到有效保護(hù)輸電線路的作用。當(dāng)線路在正常工作電壓下運(yùn)行時(shí)，避雷器不會(huì)產(chǎn)生任何作用。一旦發(fā)生雷擊，絕緣子串兩端的過電壓首先超過避雷器的導(dǎo)通電壓，避雷器就會(huì)動(dòng)作，動(dòng)作后使一部分雷電流經(jīng)避雷器流入導(dǎo)線，使絕緣子串兩端電壓得到有效的控制，從而大大減少絕緣子串閃絡(luò)的可能性。當(dāng)過電壓消失后，避雷器迅速恢復(fù)原狀，使線路恢復(fù)正常工作。

3 防雷工作的建議

（1）雷電危害一方面與雷電活動(dòng)密切相關(guān)，另一方面與塔型、地形、絕緣配置和設(shè)備等多種因素有關(guān)。因此，防雷工作應(yīng)認(rèn)真調(diào)查研究，做好地理、氣象、運(yùn)行情況等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，分析受雷擊的主要原因，因地制宜采取綜合防雷措施。

（2）任何防雷措施都不能徹底地解決雷害問題，要提高防雷認(rèn)識(shí)，多分析多總結(jié)，密切和相關(guān)科研單位的合作，及時(shí)改進(jìn)現(xiàn)有防雷的措施。

（3）對(duì)線路歷年雷擊資料以及各種防雷措施投運(yùn)后的實(shí)際效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立一整套完整詳實(shí)的防雷臺(tái)賬，為防雷決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

雷電活動(dòng)具有很強(qiáng)的分散性，活動(dòng)規(guī)律也比較復(fù)雜，對(duì)線路造成的危害不可能完全消除和避免。對(duì)此，運(yùn)維單位首先要積極介入?yún)⑴c對(duì)線路的設(shè)計(jì)，盡可能從設(shè)計(jì)源頭上采取有效措施降低線路雷擊跳閘率。再者要改進(jìn)架空線路防雷整治思路，加大對(duì)輸電線路防雷的投入，結(jié)合線路段的實(shí)際積極開展差異化防雷工作。最后必不可少的一環(huán)是加大輸電線路的運(yùn)維力度，加強(qiáng)對(duì)雷電活動(dòng)的監(jiān)測和預(yù)防，做好線路防雷的大修和技改工作，提高輸電線路的健康水平，降低其雷擊跳閘率。

參考文獻(xiàn)

[1]吳偉智.架空輸電線路的防雷措施[J].電氣時(shí)空，2009.

[2]曾昭桂.輸配電線路運(yùn)行和檢修[M].中國電力出版社，2007.

[3]王有才.架空輸電線路雷擊事故的預(yù)防及控制[J].科技信息.

[4]江西省電力科學(xué)研究院，華中科技大學(xué).江西輸電線路防雷技術(shù)深化研究技術(shù)報(bào)告[R].2011.