輸電線路的接地要求及防雷措施

王智凱

摘 要：為防止和減少雷害故障，設(shè)計(jì)中我們要全面考慮高壓送電線路經(jīng)過(guò)地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)弱程度、地形地貌特點(diǎn)和土壤電阻率的高低等情況，還要結(jié)合原有高壓送電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等，通過(guò)比較選取合理的防雷設(shè)計(jì)，提高高壓送電線路的耐雷水平。

關(guān)鍵詞：高壓送電；輸電線路；防雷措施

1 引言

目前雷擊仍是危及輸電線路安全可靠運(yùn)行的主要因素，國(guó)家電網(wǎng) 2003 年生產(chǎn)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)分析表明，全國(guó) 500 k V輸電線路中雷擊跳閘占線路跳閘的 46%，330k V 輸電線路中雷擊跳閘占線路跳閘的 29%，220k V輸電線路中雷擊跳閘占線路跳閘的 33.4%，110k V 輸電線路中雷擊閃絡(luò)占線路跳閘的 35.3%。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)輸電線路供電可靠性的要求越來(lái)越高。同時(shí)伴隨著電網(wǎng)的發(fā)展，雷擊輸電線路引起的跳閘、停電事故絕對(duì)值也日益增多。據(jù)電網(wǎng)故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表明，在我國(guó)跳閘率較高的地區(qū)，高壓線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由于雷擊原因的事故次數(shù)約占（50～70）%。尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的山區(qū)，雷擊輸電線路引起的事故率更高，帶來(lái)巨大的損失。要保障線路安全運(yùn)行；應(yīng)對(duì)雷害原因進(jìn)行有效的分析，確定雷擊性質(zhì)，并采取相應(yīng)有效的防雷措施。

2 輸電線路雷擊形式分類(lèi)

根據(jù)輸電線路遭受雷擊的閃絡(luò)形式，可以將輸電線路的雷擊形式分為直擊和

繞擊兩種雷擊形式。

（1）直擊。當(dāng)雷電直擊到塔頂或者避雷線時(shí)，這時(shí)電流就會(huì)分流，一部分雷電流通過(guò)避雷線與輸電線流到相鄰的桿塔，一部分雷電流沿著桿塔入地，桿塔本身的電感以及桿塔的接地電阻會(huì)使得塔頂?shù)碾妷貉杆偬岣?，形成高位電壓，?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)。桿塔頂電位的大小與桿塔本身電感、桿塔的接地電阻、沿桿塔入地的雷電流的大小緊密相關(guān)，這樣容易形成雷擊。所以在不裝避雷器的情況下，要想降低塔頂?shù)碾娢唬谝话闱闆r下，采取降低桿塔的接地電阻與提高絕緣子 50%雷電放電電壓值的措施，來(lái)防止雷擊。但是在山區(qū)，由于降低桿塔的接地電阻難度很大，不容易降低桿塔的點(diǎn)位，而且山區(qū)的雷電活動(dòng)比較頻繁，當(dāng)電位較高時(shí)，容易雷擊到輸電線路上，造成山區(qū)的輸電線路雷擊跳閘的頻率較高。

（2）繞擊。當(dāng)雷電流經(jīng)過(guò)架空導(dǎo)線和地線時(shí)，由于導(dǎo)線間的電感作用，容易形成繞擊形式。當(dāng)雷電繞擊架空導(dǎo)線時(shí)，雷電流通過(guò)導(dǎo)線，會(huì)產(chǎn)生瞬間高壓，使得導(dǎo)線的電位提高，容易產(chǎn)生雷擊。導(dǎo)線的電位和桿塔之間的電位差大于一定的電壓時(shí)，絕緣子串就會(huì)擊穿放電，絕緣子串就會(huì)發(fā)生沿導(dǎo)線到桿塔的閃絡(luò)，產(chǎn)生瞬間電流，從而導(dǎo)致線路跳閘。在一般的高壓電路中，雖然都設(shè)置有避雷線的保護(hù)，雷電繞擊到架空導(dǎo)線的可能性不大，但是如果產(chǎn)生繞擊，其產(chǎn)生的瞬間電壓將很高，這樣，即使是絕緣水平很高的超高壓線路，在這個(gè)瞬間高壓下也會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)。雷電繞擊現(xiàn)象一般發(fā)生在桿塔位置較高，設(shè)置的避雷線保護(hù)角偏大的輸電線路上。在山區(qū)，桿塔一般位于山坡地區(qū)，外側(cè)山坡的導(dǎo)線保護(hù)角比較大，線路暴露的區(qū)域就比較大，那么在該相位的導(dǎo)線遭受雷電繞擊的頻率增加；同樣的道理，當(dāng)桿塔位于山頂時(shí)，線路的兩端都存在線路的保護(hù)角都較大的情況，輸電線路遭受雷電繞擊的頻率也會(huì)隨著保護(hù)角的增加而增大。

3 高壓送電線路防雷措施

清楚了送電線路雷擊形式，我們就可以有針對(duì)性的對(duì)送電線路所經(jīng)過(guò)的不同地段，不同地理位置的桿塔采取相應(yīng)的防雷措施。目前線路防雷主要有以下幾種措施：

（1）加強(qiáng)高壓送電線路的絕緣水平。高壓送電線路的絕緣水平與耐雷水平成正比，加強(qiáng)零值絕緣子的檢測(cè)，保證高壓送電線路有足夠的絕緣強(qiáng)度是提高線路耐雷水平的重要因素。

（2）降低桿塔的接地電阻。高壓送電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據(jù)各基桿塔的土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓送電線路耐雷水平的基礎(chǔ)，是最經(jīng)濟(jì)、有效的手段。

（3）根據(jù)規(guī)程規(guī)定：在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)和經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和地段，可以增設(shè)耦合地線。由于耦合地線可以使避雷線和導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)增大，并使流經(jīng)桿塔的雷電流向兩側(cè)分流，從而提高高壓送電線路的耐雷水平。

（4）裝設(shè)線路自動(dòng)重合閘裝置。輸電線路遭受雷擊一般都是瞬間接地故障，大多數(shù)都能夠通過(guò)自動(dòng)重合閘裝置重合閘成功。因此，裝設(shè)線路自動(dòng)重合裝置，減少停電時(shí)間和停電范圍，提高供電可靠性大有裨益。 在一定的運(yùn)行條件下，線路雷擊跳閘是不可避免的，但應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動(dòng)重合閘裝置對(duì)于降低因雷擊而造成線路供電中斷線路的雷擊事故率具

有較好的效果。重合閘裝置是作為線路防雷的一項(xiàng)重要措施，提高重合閘裝置動(dòng)作的可靠性，可有效地保證雷擊跳閘后的供電可靠性。 總而言之，架空電力線路發(fā)生雷擊跳閘、接地事故的原因是多方面而且很復(fù)雜的，以上防雷措施不一定都能有很好的效果，要因地制宜。因此在設(shè)計(jì)線路防雷措施時(shí)首先要考慮此地線路遭受雷擊的主要原因，只有找準(zhǔn)原因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，防雷害工作才能奏效，架空輸送電線路雷擊事故率才有根本控制的可能性。

（5）對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)已爛斷或無(wú)接地引下線的桿塔接地裝置進(jìn)行焊接，并對(duì)接地電阻重新測(cè)試，不符合規(guī)定的重新進(jìn)行敷設(shè)。

（6）對(duì)重新敷設(shè)的接地電阻不合格的桿塔，再次使用降阻模塊進(jìn)行改造。

（7）加裝線路避雷器。由于安裝避雷器使得桿塔和導(dǎo)線電位差超過(guò)避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器就加入分流，保證絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在雷擊跳閘較頻繁的高壓送電線路上選擇性安裝避雷器可達(dá)到很好的避雷效果。 對(duì)安裝線路避雷器、降低桿塔的接地電阻兩方面進(jìn)行分析： 安裝線路避雷器。在雷擊跳閘較頻繁的高壓送電線路上選擇性安裝避雷器。由于常用的避雷器是瓷外套，比較重，安裝不便，使用在線路上有一定的局限性，而且如果發(fā)生爆炸，它的碎片將危及臨近絕緣子的運(yùn)行安全，所以必須選擇一種比較適合于線路上使用的避雷器。國(guó)際上，美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)已大量使用復(fù)合外套氧化鋅避雷器。隨著我國(guó)硅橡膠技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)也相繼研制成功了110kV、220kV的復(fù)合外套氧化鋅避雷器。

近年來(lái)，我國(guó)線路上開(kāi)始大量使用外部帶間隙的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器。因串聯(lián)間隙的隔離作用，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，本體基本處于“休息”狀態(tài)，大部分工頻電壓由串聯(lián)間隙承擔(dān)，由于串聯(lián)間隙對(duì)工頻和操作過(guò)電壓的耐受特性，在工頻和操作過(guò)電壓的作用下，避雷器不動(dòng)作，只有在雷電過(guò)電壓的作用下，串聯(lián)間隙才擊穿放電，避雷器動(dòng)作，限制了雷電過(guò)電壓，從而確保了被保護(hù)的線路絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)，并在雷電流沖擊后，串聯(lián)間隙可切斷工頻續(xù)流，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。隨著我國(guó)電阻片工藝的不斷改進(jìn)，避雷器的重量不斷減輕，帶串聯(lián)間隙避雷器的運(yùn)輸及安裝也越來(lái)越容易。同時(shí)考慮線路防雷改造的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合雷電定位系統(tǒng)及差異化防雷評(píng)估系統(tǒng)，有選擇的在雷害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的輸電桿塔上加裝帶間隙的避雷器正成為目前線路防雷的主要手段。

4 結(jié)束語(yǔ)

輸電線路一般縱橫交錯(cuò)，分布范圍很廣，有些往往穿越地形氣象條件復(fù)雜的山區(qū)，桿塔本身又高出地面數(shù)米，線路綿延數(shù)十乃至上百公里，沿線落雷密度較大，遭雷擊的概率自然較高。輸電線路因雷擊造成的事故在電網(wǎng)輸電線路總事故的比例較大。而且輸電線路落雷后，沿輸電線路傳入變電站后又威脅變電站內(nèi)的電氣設(shè)備，往往又會(huì)造成變電站事故。因此，加強(qiáng)輸電線路防雷是非常必要的，它不僅可以減少輸電線路的雷擊跳閘次數(shù)，而且有利于保障變電站內(nèi)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，從而增強(qiáng)電力系統(tǒng)供電的可靠性。

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