試論高壓輸電線路綜合防雷措施的研究與應(yīng)用

郭偉明

摘要：高壓輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，高壓輸電線路的平穩(wěn)運行，直接關(guān)系到電網(wǎng)的正常工作。本文對雷擊放電過程進行研究，并從桿塔防雷措施的應(yīng)用、絕緣裝置防雷、避雷線架設(shè)、輸電防雷四方面，論述了高壓輸電線路綜合防雷措施的具體應(yīng)用，保證整個輸電線路防雷水平的有效提升，減少雷電對電網(wǎng)運行的干擾。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；綜合防雷措施；輸電防雷

高壓輸電線路在電力傳輸中起到重要作用，不僅為人們生活和生產(chǎn)工作提供保障，同時維護了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。隨著輸電線路等級的不斷提升，對桿塔的高度和線路尺寸要求也越高，在一定程度上增加了雷擊現(xiàn)象的影響程度。在我國電力系統(tǒng)中，因為雷擊造成線路跳閘現(xiàn)象的比例在36%以上，在有些國家中還達到了50%。因此，對高壓輸電線路綜合防雷措施的研究顯得至關(guān)重要。

1 雷擊放電過程研究

1.1 放電原理

帶電荷的雷云是造成雷電現(xiàn)象的主要原因。當(dāng)水滴穿過云層時，出現(xiàn)撞擊分裂現(xiàn)象，其中分裂出來的水沫攜帶負電荷，由于水沫的質(zhì)量較輕，會上升至云層形成帶負電的雷云，而帶正電的雨滴會迅速下降，形成降雨。當(dāng)雷云積聚過多時，會感應(yīng)到大地上雨水的正電荷，從而產(chǎn)生強大的電場，最終形成雷擊。此時，如果雷云繼續(xù)擴大，會導(dǎo)致大氣的電場強度增加，在雷云之中形成火花放電。在放電過程中，有時會產(chǎn)生幾百千安的瞬時電流，再加上大氣中光和熱的作用，最終形成閃電和雷鳴[1]。

1.2 雷電壓和雷電流的形成

雷電現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于空氣中游離的導(dǎo)電分子進入到雷云中的高電勢點，如果這種強大的雷電擊中高壓導(dǎo)線，雷電中攜帶的電流將會在沿著導(dǎo)線兩端運行，改變導(dǎo)線中的電壓和電流配比。一般情況下，導(dǎo)線中的電壓行波u與電流行波i的比值為波阻抗，數(shù)值一般在300Ω。若高壓線路經(jīng)過雷擊之后塔角的接地電阻會減小，從而在地面產(chǎn)生雷電反射現(xiàn)象，此時塔頂電位為零。但是通過雷擊作用，輸電線路中的電流值增加了一倍，由于輸電線路中的電阻不可能為零，因此線路中會出現(xiàn)壓降，形成雷電壓和雷電流。

2 高壓輸電線路綜合防雷措施的具體應(yīng)用

2.1 桿塔防雷措施應(yīng)用

在桿塔防雷過程中，最簡單的措施就是降低接地電阻的阻值，隨著接地電阻的阻值降低，能夠確保電流順利的流向大地，避免因為電流過高對桿塔造成影響。另外，將接地電阻進行降低，能減輕雷擊對桿塔帶來的損害。在桿塔設(shè)計過程中，會遇到很多山區(qū)環(huán)境，由于山區(qū)地勢環(huán)境較高，必須對桿塔進行雷電防護。首先，對桿塔防護角進行合理設(shè)計，然后通過相關(guān)公式對保護角進行合理檢驗，避免保護角出現(xiàn)不科學(xué)設(shè)計，對電力企業(yè)造成嚴重危害。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，我國南方地區(qū)全年的落雷次數(shù)大概在1000次左右，在這種環(huán)境下，桿塔保護角應(yīng)設(shè)計為負保護角。我國中部地區(qū)全年落雷次數(shù)大概在800次左右，該地區(qū)的桿塔保護角應(yīng)設(shè)置在5°～10°范圍內(nèi)。我國北方地區(qū)的全年落雷次數(shù)大概在500次以下，在這種情況下，桿塔保護角應(yīng)設(shè)置在10°～15°之內(nèi)。

2.2 絕緣裝置防雷措施的應(yīng)用

在輸電線路中，絕緣裝置一旦出現(xiàn)破損，將會為電力系統(tǒng)造成嚴重影響。更為嚴重的是，如果絕緣裝置出現(xiàn)破損，會提高輸電線路遭受雷擊的可能性，還會使輸電線路的跳閘頻率有所增加。在絕緣裝置防雷過程中，首先要保證絕緣裝置的質(zhì)量，尤其是在材料購買和選用上要做出嚴格要求。另外，電力企業(yè)要定期對輸電線路進行檢查，保證絕緣裝置不出現(xiàn)任何損壞，并適當(dāng)增加絕緣強度，提高線路防雷水平。

2.3 避雷線架設(shè)

在輸電線路防雷中，避雷線的架設(shè)是最重要的手段之一，可以有效降低雷電對輸電線路造成的影響。尤其是在空曠區(qū)域中，著重加強避雷線的架設(shè)，避免雷電直接擊中高壓輸電導(dǎo)線。例如，在2015年7月12日，某電力企業(yè)中一處輸電線路出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，經(jīng)工作人員檢查發(fā)現(xiàn)，由于雷電影響，4041號鐵塔之間的輸電線路絕緣層出現(xiàn)損毀，造成了輸電線路的永久接地。該事件之后，人們發(fā)現(xiàn)在3940鐵塔中，由于避雷線的安裝，雷電并沒有對輸電線路絕緣層造成任何影響，而且還能正常的輸送電能，在4041號鐵塔中，同樣為架設(shè)避雷線，但由于此處低洼，因此也未受到雷電影響。根據(jù)實例可以看出，避雷線路的架設(shè)，不僅可以避免輸電線路遭受雷擊，還可以對絕緣層進行有效保護。

2.4 輸電防雷措施的應(yīng)用

2.4.1 安全輸電路徑的設(shè)置

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，往往輸電線路遭受雷擊的區(qū)域比較固定。因此，在輸電線路設(shè)計過程中，要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，避開雷擊嚴重區(qū)域，可以有效降低輸電線路雷擊發(fā)生的可能性。總的來說，雷擊的集中區(qū)域一般在山區(qū)的風(fēng)口處、潮濕山脈以及電阻率較高的土壤地帶等。

2.4.2 線路檔距設(shè)置

當(dāng)輸電線路受到雷擊影響之后，雷電波會沿著輸電線路進行雙向傳播。如果改變線路檔距，輸電線路的雷擊承受水平也會產(chǎn)生一定變化。在理想環(huán)境下，不考慮環(huán)境和其他避雷裝置的影響，線路檔距越大，線路的耐雷擊水平就會越高，當(dāng)線路檔距達到一定數(shù)值時，輸電線路的抗雷擊特性會達到最大，當(dāng)線路檔距繼續(xù)增大時，線路的抗雷特性會保持最大數(shù)值不變[2]。

2.4.3 輸電線路電壓設(shè)置

以500kV的輸電線路為例，一般500kV輸電線路都以交流電壓傳輸為主，而交流電壓在傳輸過程中具有周期性，在不同時段中產(chǎn)生的耐雷水平也不同。因此，在防雷措施應(yīng)用過程中，相位角的不同，線路的耐雷水平也有所不同。一般來說，相位角的90°時，輸電線路的耐雷水平最低，在100kA左右，方相位角達到270°時，輸電線路的耐雷水平達到最大，數(shù)值在200kA左右。

3 總結(jié)

綜上所述，在高壓輸電線路綜合防雷措施的研究與應(yīng)用中，不僅提升了輸電線路的抗雷特性，還對人類生活和生產(chǎn)提供了有效保障。在此基礎(chǔ)上，人們通過對放電原理總結(jié)，以及對雷電壓和雷電流的形成研究，制定出一系列輸電線路防雷措施，并將其應(yīng)用到輸電線路防護上，取得了不錯的效果。未來，我國對輸電線路架設(shè)要求會不斷提升，需要相關(guān)工作人員對輸電線路防雷措施做進一步研究，為我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供保障。

參考文獻：

[1]王營.110kV高壓輸電線路防雷保護探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，11：198.

[2]付威.電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評估[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，33：2122.