220kV輸電線路防雷接地技術(shù)分析

摘 要：220kV輸電線路是我國(guó)最主要的高壓線路，是連接各個(gè)變電站和用戶的重要紐帶，可以說(shuō)是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，承擔(dān)著居民用電安全的重要任務(wù)。其安全運(yùn)行不僅關(guān)系到用戶的可靠供電，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有著重要的影響。雷擊故障是220kV輸電線路的主要故障形式之一，文章在對(duì)220kV輸電線路進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，歸納分析了雷擊故障的特點(diǎn)，并針對(duì)性的制定了相應(yīng)的技術(shù)措施，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：220kV輸電線路；防雷技術(shù)；雷擊故障

1 220kV輸電線路雷擊故障

高空中的雷云在起電、移動(dòng)和先導(dǎo)放電的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)形成一個(gè)斷開(kāi)的回路，如此一來(lái)將會(huì)和架設(shè)在高空中的輸電線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)。當(dāng)高空中的雷云對(duì)大地放電時(shí)，輸電線路中將會(huì)產(chǎn)生大量的自由電荷以沖擊波的形式向兩端移動(dòng)，從而造成雷擊故障。這是雷擊故障產(chǎn)生的基本原理，當(dāng)然由于輸電線路遭受雷擊的閃絡(luò)形式的不同，其產(chǎn)生的機(jī)理和故障類型也是存在一定的差別，具體如下：

1.1 220kV輸電線路雷擊故障類型

根據(jù)輸電線路遭受雷擊的閃絡(luò)形式不同，可以將220kV輸電線路雷擊故障大致分為直擊故障和繞擊故障兩種類型。其中直擊故障指的是當(dāng)高空中的雷電直擊到塔頂或者避雷線時(shí)，來(lái)自空中的雷電會(huì)分流，其中一部分雷電通過(guò)避雷線和輸電線流在輸電線路中流動(dòng)，另一部分雷電則會(huì)順著桿塔入地，在雷電流入地的過(guò)程中桿塔本身的電感以及接地電阻將會(huì)導(dǎo)致塔頂?shù)碾妷貉杆偬岣撸瑥亩纬筛呶浑妷?，?dāng)塔頂電位與導(dǎo)線上形成的高位電壓差大于絕緣子串的50%雷電放電電壓時(shí)，桿塔上的絕緣子串就會(huì)發(fā)生從桿塔到導(dǎo)線的閃絡(luò)。這種情況下產(chǎn)生雷擊故障常被稱為直擊故障；而繞擊故障則指的是高空中的雷云經(jīng)過(guò)輸電線路時(shí)，其對(duì)大地的房地將會(huì)和架空輸電線路產(chǎn)生感應(yīng)，如此一來(lái)就很容易繞過(guò)桿塔直接通過(guò)輸電線路產(chǎn)生瞬間高壓，造成輸電線路的電位提高。當(dāng)輸電線路的電位和桿塔之間的電位差達(dá)到一定程度時(shí)，絕緣子串就會(huì)產(chǎn)生瞬間電流，從而造成雷擊故障。值得注意的是，在實(shí)踐中由于220kV輸電線路基本上都設(shè)置有避雷線，因此雷云繞擊到架空線路的可能性較低，但是一旦產(chǎn)生繞擊，其所帶來(lái)的影響都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)直擊故障。

1.2 220kV輸電線路雷擊故障的發(fā)生原因

從近年來(lái)我國(guó)發(fā)生的220kV輸電線路雷擊故障來(lái)看，雷電繞擊是雷擊故障產(chǎn)生的主要因素，原因就在于當(dāng)前關(guān)于防雷技術(shù)的研究已經(jīng)十分成熟，可以有效的避免或者降低直擊故障的發(fā)生。而繞擊故障的發(fā)生頻率并不高，但是其所帶來(lái)的影響往往較大。具體分析，導(dǎo)致雷電繞擊的因素主要有以下幾個(gè)方面：一是線路保護(hù)角α的影響。理論上來(lái)說(shuō)，當(dāng)桿塔的高度在40m左右時(shí)，線路的保護(hù)角α應(yīng)當(dāng)為8度最為理想，這時(shí)雷擊故障的發(fā)生率僅為0.16%，保護(hù)角每增加4度，雷擊故障的發(fā)生幾率就會(huì)提高1%。而當(dāng)前我國(guó)輸電線路大多在10度左右，從而導(dǎo)致雷擊故障發(fā)生頻率較高；二是桿塔高度的影響。當(dāng)桿塔高度較小時(shí)，輸電線路保護(hù)角α也相對(duì)較小，因此雷擊故障的產(chǎn)生幾率較低。隨著桿塔高度的增加，雷擊故障的幾率也會(huì)相應(yīng)增加，以ZM21桿塔型為例，35m以上的桿塔每增加1m雷擊故障率就會(huì)增加6.7%；三是多種因素的相互作用。事實(shí)上，導(dǎo)致輸電線路雷擊故障的原因往往是多種因素互相作用的結(jié)果，其發(fā)生幾率不僅與桿塔的高度、輸電線路保護(hù)角有著密切的關(guān)系，與當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢谩⑼临|(zhì)類型等也有著一定的聯(lián)系。

2 220kV輸電線路防雷接地技術(shù)

在實(shí)踐中作者發(fā)現(xiàn)輸電線路遭受雷擊常常集中在線路環(huán)境較為復(fù)雜的地段，即我們所說(shuō)的選擇性雷區(qū)或者易擊區(qū)。因此，采取有效措施來(lái)提高220kV輸電線路的防雷能力是以其輸電線路的選擇科學(xué)合理為前提的，在保證輸電線路盡可能地避免易擊區(qū)的情況下可以采取以下措施。

2.1 降低桿塔的接地電阻

降低桿塔的接地電阻是220kV輸電線路常用的一種防雷技術(shù)手段，正如上文中所論述那樣直擊雷電流在順著桿塔入地的過(guò)程中桿塔本身的電感及接地電阻將會(huì)導(dǎo)致塔頂?shù)碾妷貉杆偬岣?，因此降低桿塔的電阻能夠有效的減小雷電流對(duì)輸電線路的沖擊。其基本原理是當(dāng)桿塔的接地電阻降低時(shí)，整個(gè)回路的電阻也會(huì)隨之降低，如此一來(lái)塔頂電壓就會(huì)低至絕緣子能夠承受的水平，從而避免絕緣子的閃絡(luò)和雷擊故障的發(fā)生。根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）、《交流電氣裝置的接地》（DL/T621-1997）相關(guān)規(guī)定，當(dāng)土地電阻率在100Ω以下時(shí)，工頻接地電阻應(yīng)當(dāng)在10以下，土地電阻率在2000以上時(shí)，工頻接地電阻應(yīng)當(dāng)在30以上。常見(jiàn)的降低桿塔接地電阻方式有水平外延接地、深埋桿塔接地極、填充電阻率較低的物質(zhì)（降阻劑）三種類型。

2.2 架設(shè)耦合接地線

雖然說(shuō)降低桿塔接地電阻是最為簡(jiǎn)單有效的防雷接地技術(shù)，但是在一些特殊地質(zhì)環(huán)境下桿塔接地電阻難以降低，這種情況下采用架設(shè)耦合接地線是一個(gè)比較好的選擇，即在輸電導(dǎo)線下方加設(shè)一條接地導(dǎo)向，將雷擊時(shí)的過(guò)電壓接入地下，從而提高輸電線路的防雷能力，降低雷擊故障的發(fā)生頻率。通過(guò)架設(shè)耦合接地線的方法提高220kV輸電線路防雷能力的基本原理為：耦合地線能夠有效的增加輸電導(dǎo)線和地線之間的耦合作用，從而減小雷擊時(shí)塔頂?shù)母呶桓袘?yīng)電壓，再加上耦合地線對(duì)雷擊使桿塔的過(guò)電流也有一定的分流作用，因此可以有效的避免雷擊故障的發(fā)生。比較常見(jiàn)的有直掛式耦合接地線和側(cè)面耦合接地線兩種方法。

2.3 安裝側(cè)向避雷針

上文中作者已經(jīng)論述過(guò)繞擊故障是當(dāng)前220kV最為常見(jiàn)的雷擊故障，其產(chǎn)生的原因在于高空雷云在向大地放電時(shí)和輸電線路產(chǎn)生了電感應(yīng)，從而造成了大量電荷在輸電線路中向兩端移動(dòng)，造成雷擊故障。對(duì)此可以采用按照側(cè)向避雷針的方式來(lái)提高避雷線對(duì)雷擊的吸引能力，擴(kuò)大避雷線的保護(hù)范圍。和其它220kV輸電線路防雷接地技術(shù)相比，避雷線的最大優(yōu)勢(shì)在于能夠廣泛的應(yīng)用于已經(jīng)投入運(yùn)行或者未投入運(yùn)行的輸電線路上，投資相對(duì)而言較小，并且個(gè)體用戶也能夠購(gòu)買(mǎi)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的側(cè)向避雷針來(lái)提高輸電線路的防雷能力。值得注意的是，側(cè)向避雷針應(yīng)當(dāng)具有全金屬結(jié)構(gòu)，流通量大，可應(yīng)對(duì)大電流沖擊，還應(yīng)具有抗高溫、抗風(fēng)、抗震、抗覆水、抗老化等性質(zhì)，并且能在惡劣環(huán)境下至少運(yùn)行30年，來(lái)進(jìn)行線路的防雷設(shè)施。

總而言之，雷擊作為220kV輸電線路安全、穩(wěn)定運(yùn)行的最大影響因素，在實(shí)踐中我們要采取多種措施來(lái)提高輸電線路的防雷能力。導(dǎo)致220kV輸電線路雷擊故障的原因是多方面的，作者結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)一些簡(jiǎn)單易行的防雷接地進(jìn)行了總結(jié)歸納，對(duì)于220kV輸電線路的防雷能力提高和問(wèn)題運(yùn)行有一定的借鑒意義。相信隨著相關(guān)理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的豐富，并聯(lián)保護(hù)間隙技術(shù)、安裝線路型避雷器、優(yōu)化絕緣配合等技術(shù)含量較高的防雷接地技術(shù)將會(huì)廣泛的應(yīng)用于220kV輸電線路防雷保護(hù)中，為我國(guó)用電安全提供強(qiáng)有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]宗偉，吳顯舟，姜復(fù)亮，等.220kV輸電線路接地裝置防雷改造研究[J].吉林電力，2015，8.

[2]韓立奎，張兆華，韓曉冰，等.220kV輸電線路OPGW光纜接地方式改進(jìn)分析[J].光通信技術(shù)，2011，6.

[3]何峻偉.220kV高壓輸電線路的防雷接地技術(shù)研究[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2015，8.

[4]汪勇.220kV輸電線路防雷技術(shù)研究[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2013，6.

作者簡(jiǎn)介：李壬，身份證號(hào)碼：211403197309208452。