輸電線路差異化防雷技術(shù)應(yīng)用研究

■王 強

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司）

引 言

近年來，輸電線路途徑區(qū)域雷電事件頻繁出現(xiàn)，如果防雷工作不到位，那么極易威脅人身安全，并且會為電力企業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失。為促進電力企業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，應(yīng)從輸電線路運行風險防控工作入手，通過應(yīng)用差異化防雷技術(shù)來降低線路故障發(fā)生率，使輸電線路工作性能最優(yōu)化，促進電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。當前，分析輸電線路差異化防雷技術(shù)實踐應(yīng)用具有必要性和迫切性。

1 差異化防雷技術(shù)基本介紹

差異化防雷技術(shù)指的是基于地區(qū)自然條件以及輸電線路特征，針對性制定非同防雷方案的防雷方法[1]。由于電網(wǎng)供電要求逐漸提高，所以做好線路防雷工作十分關(guān)鍵，一般來說，防雷方法包括安裝避雷器（避雷針）、增置配套絕緣設(shè)備、安裝并聯(lián)間隙等。應(yīng)用差異化防雷技術(shù)，能夠彌補單一防雷技術(shù)高成本、低效率等缺陷?，F(xiàn)今，多數(shù)地區(qū)輸電線路防雷工作多憑經(jīng)驗開展，區(qū)段地形、氣象等條件僅被片面考慮，意味著防雷措施大體一致，最終會影響防雷效果，難以為輸電線路提供安全運行環(huán)境[2]。從實用性角度來看，應(yīng)遵循一切從實際情況出發(fā)原則，實施因地防雷策略，經(jīng)多種防雷技術(shù)聯(lián)用來優(yōu)化防雷效果，使輸電線路正常工作。

2 雷擊跳閘影響因素分析

雷擊跳閘現(xiàn)象較為常見，一旦跳閘問題產(chǎn)生，人們生產(chǎn)生活會因停電而受到影響。為有效降低雷擊跳閘幾率，應(yīng)客觀分析影響因素，大致了解雷擊跳閘現(xiàn)象發(fā)生原因，進而創(chuàng)意設(shè)計防雷方案。

2.1 耐雷水平

輸電線路跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)，反映出線路自身耐雷擊性能較差，所以會放大雷電危害，并產(chǎn)生系列化危險。雷雨天氣出現(xiàn)后，線路耐雷性高低顯得尤為重要，一般來說，影響耐雷性因素包括桿塔高度、桿塔接地電阻、避雷線類型及布設(shè)方式、絕緣子位置及數(shù)量等。換言之，輸電線路耐雷性受多種因素影響，因雷擊范圍、雷擊強度、雷擊次數(shù)不盡相同，所以線路對雷電反擊力相應(yīng)增強，這是降低雷擊危害的有效措施。深層次分析可知，桿塔越高，雷擊范圍隨之擴大，并且雷擊次數(shù)相應(yīng)增多，這一因素與引雷成正比；接地電阻值增大，則耐雷水平減弱，主要是因為電阻值與桿塔頂部點位差成正比；絕緣子數(shù)量多少與閃絡(luò)電壓有直接聯(lián)系，因為工作電壓對線路耐雷水平影響較大，所以要合理調(diào)整絕緣子數(shù)量，保證各項參數(shù)設(shè)計的合理性[3]。

2.2 建弧率

雷電現(xiàn)象出現(xiàn)后，輸電線路與雨水接觸后，雷擊電流會對雷電防御力產(chǎn)生重要影響。正常情況下，閃絡(luò)現(xiàn)象不一定會誘發(fā)線路跳閘問題，但閃絡(luò)會為工頻電弧建立提供條件，一旦工頻短路環(huán)節(jié)通過電流，那么必定出現(xiàn)短路故障，進而產(chǎn)生跳閘問題?？偨Y(jié)來說，線路因雷擊出現(xiàn)跳閘問題，這與建弧率有直接聯(lián)系。

3 輸電線路差異化防雷技術(shù)應(yīng)用阻力

3.1 線路路徑選擇不當

差異化防雷技術(shù)防雷效果之所以片面發(fā)揮，這與線路路徑選擇工作有直接聯(lián)系。當前，多數(shù)電力企業(yè)為快速完成輸電線路建設(shè)任務(wù)，往往忽視區(qū)域?qū)嶋H情況，并且前期準備工作不到位，致使差異化防雷技術(shù)的實踐應(yīng)用流于形式[4]。這既會降低技術(shù)利用率，又會增加經(jīng)濟成本，使輸電線路運行風險大大增加。

3.2 避雷線與避雷器低效應(yīng)用

避雷線與避雷器是防控輸電線路受雷電沖擊的專項設(shè)備，但很多防雷技術(shù)人員憑借已有經(jīng)驗來運用避雷設(shè)備，這既影響避雷效果，又會錯失線路雷擊防控的最佳機會，進而影響電能輸送效率及質(zhì)量，最終降低電能用戶滿意度。長此以往，避雷線、避雷器設(shè)計工作將缺乏新意，并且輸電線路因避雷設(shè)備功能減少而增加安全風險，導致差異化防雷技術(shù)應(yīng)用水平居低不高。

3.3 桿塔接地電阻控制不當

從輸電線路耐雷性影響因素分析中得知，桿塔接地電阻值大小對防雷性能有重要影響，實際上，接地電阻調(diào)節(jié)工作低效開展。分析原因可知，防雷技術(shù)人員片面認知地線桿塔高度與電阻大小間的關(guān)系，再加上接地電阻受環(huán)境影響較大，如果從業(yè)人員照搬理論知識于差異化防雷技術(shù)實踐環(huán)節(jié)，會加劇雷擊問題的負面影響，進而延長電能供應(yīng)時間，并且電能質(zhì)量難以得到可靠保證。

3.4 技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)有待提高

輸電線路差異化防雷技術(shù)應(yīng)用期間，技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)能力對防雷效果有較大影響。現(xiàn)今，多數(shù)防雷技術(shù)人員實踐經(jīng)驗較少，一旦輸電線路防雷要求多樣化提出，或者防雷技術(shù)聯(lián)用要求動態(tài)變化，這對技術(shù)人員靈活應(yīng)對能力提出挑戰(zhàn)，如果技術(shù)人員難以全面地掌握差異化防雷技術(shù)的實施要點，那么防雷技術(shù)效用將片面發(fā)揮[5]。長此以往，技術(shù)人員會在本職工作中失去自信心，隨著工作壓力加大，多數(shù)防雷技術(shù)工作者會產(chǎn)生離職想法，意味著輸電線路安全防護工作失去人才支持，這對電力企業(yè)發(fā)展、電網(wǎng)建設(shè)將帶來負面影響。

3.5 絕緣方式創(chuàng)新速度緩慢

現(xiàn)今，多數(shù)供電企業(yè)在實際實施差異化防雷技術(shù)期間未有效采用現(xiàn)代化的不平衡絕緣方式，常用傳統(tǒng)方法執(zhí)行線路防雷任務(wù)，殊不知，傳統(tǒng)絕緣法不能更好適應(yīng)現(xiàn)代輸電線路防雷需要，并且會帶來系列化安全問題[6]。從另一個角度來看，不平衡絕緣方法在差異化防雷技術(shù)中具有較強實用性，如果不平衡絕緣法的作用低效現(xiàn)象，那么輸電線路安全性和穩(wěn)定性會大大降低。

4 輸電線路差異化防雷技術(shù)應(yīng)用過程及策略

4.1 應(yīng)用過程

差異化防雷技術(shù)用于保護輸電線路安全，技術(shù)應(yīng)用過程包括數(shù)據(jù)庫建立、技術(shù)方案修訂、效果評估，結(jié)合具體案例逐項分析各環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

4.1.1 實際案例

某供電企業(yè)電網(wǎng)位于城市西南部，所處地域雷電活動相對較多。220千伏電壓的輸電線路數(shù)量共45條，線路長度為1600.21千米；110千伏電壓的輸電線路共110條，線路全長為1462.37千米。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，2014—2019年，該地區(qū)雷擊跳閘現(xiàn)象共22次，雷電造成的經(jīng)濟損失十分嚴重，并不同程度影響當?shù)厝藗兩a(chǎn)生活。

4.1.2 應(yīng)用步驟

第一，構(gòu)建防雷數(shù)據(jù)庫。為確保防雷工作有的放矢，事先了解雷區(qū)線路布設(shè)情況，經(jīng)周密分析掌握線路運行狀態(tài)、了解雷電發(fā)生規(guī)律，分類、匯總數(shù)據(jù)信息，為防雷決策制定提供依據(jù)。數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息包括線路桿塔接地電阻值、桿塔接地引下線情況、絕緣子串結(jié)構(gòu)及形式、桿塔受雷擊頻次及嚴重度、線路保護角等。

第二，修訂技術(shù)方案。具體定位防雷治理區(qū)域，了解雷電頻發(fā)區(qū)電閃密度，并對其進行等級劃分，基于輕重緩急有效完成防雷裝置配備任務(wù)，并穩(wěn)步實施防雷策略。因為雷區(qū)內(nèi)輸電線路特點不相一致，所以要針對性制定防雷計劃，盡可能提高防雷方案實用價值，為線路電能安全、穩(wěn)定輸送保駕護航。在此期間，借助防雷數(shù)據(jù)庫獲取價值信息，如雷擊區(qū)段、防雷技術(shù)標準、以往雷擊及防雷資料，在問題總結(jié)基礎(chǔ)上，科學制定差異化防雷技術(shù)方案。

第三，差異化防雷技術(shù)應(yīng)用效果評估。評估小組內(nèi)部組織理論知識學習、防雷方案改進等活動，同時，組員之間互相交流防雷技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗，通過取長補短來提高差異化防雷技術(shù)實踐效用。此外，結(jié)合輸電線路運行需要，以及風險維護要點來革新防雷技術(shù)，以此優(yōu)化防雷效果。待人力資源、技術(shù)資源準備就緒后，全過程驗收差異化防雷技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量，針對不足之處及時彌補，最終得出具有參考價值的驗收結(jié)果，為日后輸電線路防雷工作奠定基礎(chǔ)。評估過后，從多方面、多角度總結(jié)防雷經(jīng)驗，結(jié)合時代發(fā)展需要以及防雷要點來優(yōu)化差異化防雷技術(shù)應(yīng)用效果。

4.2 應(yīng)用策略

4.2.1 選擇線路路徑

確定使用差異化防雷技術(shù)后，為確保防雷效果最大化，應(yīng)優(yōu)選線路路徑，經(jīng)防雷需求分析合理調(diào)整防雷方案。由于線路途經(jīng)區(qū)段存在差異，不同區(qū)段地形地貌不盡相同，所以要具體分析區(qū)段內(nèi)雷擊現(xiàn)象，減少雷擊區(qū)段內(nèi)線路數(shù)量，并做好雷區(qū)內(nèi)已有線路安全保護工作。一般來說，高地勢、密集林密等區(qū)域易發(fā)生雷擊事故，基于此，輸電線路路徑繞開高危區(qū)，并強化區(qū)段內(nèi)防雷力度，減少不必要的經(jīng)濟損失[7]。

4.2.2 適當架設(shè)避雷線

安裝避雷線是防控雷擊的有效措施之一，要想充分發(fā)揮避雷線效用，應(yīng)客觀分析影響因素，如雷電強弱程度、線路電壓安全范圍、地勢及氣象條件等，視情況聯(lián)用防雷方法，盡最大可能彰顯差異化防雷技術(shù)的應(yīng)用效果。舉例來說，如果線路額定電壓不超過45千伏，那么雷擊后線路故障電流值較小，多數(shù)情況下出現(xiàn)短路、單相接地故障等現(xiàn)象。面對這種情況，防雷工作者制定中性點不接地方案，同時，制定備選方案，即消弧線圈接地方案。雷擊事件發(fā)生后，接地故障不僅局限于單相，還可能是多相，啟動相應(yīng)的防雷預(yù)案，能夠減少跳閘現(xiàn)象。避雷線大多與變電站進入端線路匹配，避雷線長度約1.5千米，其防雷效果最大化。與此同時，在雷電活躍區(qū)段安裝長短不等的避雷線，以便為線路安全提供雙重保障，大大減少線路運行風險。本文介紹的案例項目中，保護電壓為110千伏輸電線路時，需架設(shè)1462.37千米的避雷線，視情況增設(shè)雙避雷線；保護電壓為220千伏輸電線路時，同樣堅持全線避雷原則，并架設(shè)1600.21千米的雙避雷線，合理調(diào)節(jié)邊導線保護角度，做好接地操作[8]。

4.2.3 合理安裝避雷器

輸電線路運行過程中，視情況安裝避雷器，雖然避雷器與上述避雷線作用相同，均起到防雷效果，但二者適用條件存在顯著差異，意味著工作人員要根據(jù)具體需求以及避雷裝置應(yīng)用條件來選擇適宜的避雷設(shè)備。對于避雷器，該設(shè)備適用于高電壓輸電線路保護工作。避雷器應(yīng)用原理總結(jié)為：實際電壓值變化幅度超過安全范圍時，相關(guān)動作接連出現(xiàn)，這時避雷器會在通路阻擋方面發(fā)揮作用，實現(xiàn)電流向大地導入，避免電壓持續(xù)升高，確保線路電能穩(wěn)定、安全輸送。啟動差異化防雷技術(shù)后，應(yīng)做好輸電線路桿塔改造準備，如塔頭安裝210個避雷針，桿塔數(shù)量為105個，線路安裝23個避雷器，桿塔數(shù)量為10個；塔頭安裝187個避雷針，桿塔數(shù)量為93個，線路安裝40個避雷器，桿塔數(shù)量為24個；塔頭安裝181個避雷針，桿塔數(shù)量為91個，線路安裝47個避雷器，桿塔數(shù)量為27個[9]。

4.2.4 減小桿塔接地電阻

之所以要將桿塔接地電阻值趨小化，因為這能強化輸電線路耐雷強度，大大減少雷擊現(xiàn)象，即便出現(xiàn)雷擊事故，也能減輕雷擊損失。對于防雷工作人員來說，要熟練應(yīng)用多種降阻方法，掌握不同降阻方法操作要點，進而桿塔對雷電的抵御力會逐漸增強。常用降阻方法即利用降阻劑來調(diào)整土壤電阻值，盡可能擴大地網(wǎng)覆蓋范圍，進而提高防雷效率。正常情況下，桿塔接地電阻降低操作與地線科學架設(shè)操作聯(lián)用，110千伏輸電線路采用單線架設(shè)法；220千伏輸電線路常用全線型雙底線架設(shè)法。

4.2.5 提高技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)

輸電線路防雷活動如火如荼得開展，要想充分彰顯差異化防雷技術(shù)應(yīng)用效果，需要技術(shù)人員強化責任意識，在線路防雷實踐中出色表現(xiàn)，進而為電力企業(yè)順利轉(zhuǎn)型、電網(wǎng)事業(yè)繁榮發(fā)展而助力。對此，電力企業(yè)管理者應(yīng)面向技術(shù)人員組織培訓活動，并外聘線路防雷經(jīng)驗豐富、差異化防雷技術(shù)實踐能力較強的講師，結(jié)合當前輸電線路防雷現(xiàn)狀以及具體需求進行理論知識傳遞，讓從業(yè)人員掌握技術(shù)應(yīng)用技巧，將多種防雷技術(shù)聯(lián)用優(yōu)勢全面突顯，進而提高防雷效率，保護輸電線路安全。與此同時，組織多樣化培訓活動，如崗前培訓、在職培訓，讓技術(shù)從業(yè)人員盡快適應(yīng)輸電線路防雷的區(qū)段環(huán)境，使其在防雷技術(shù)實踐中良好表現(xiàn)，為差異化防雷技術(shù)應(yīng)用提供人才支持。隨著電力企業(yè)不斷發(fā)展，差異化防雷技術(shù)應(yīng)用要點相應(yīng)變化，這要求防雷技術(shù)人員適時強化業(yè)務(wù)能力、提高綜合素質(zhì)，確保差異化防雷技術(shù)能夠更好地服務(wù)于輸電線路運行及維護，將線路質(zhì)控水平大幅提升。

4.2.6 實施不平衡絕緣防雷法

隨著用電量逐年增多，高壓及特高壓輸電線路建設(shè)工作大范圍開展，確保電能供需達到平衡狀態(tài)。其中，雙回路架線方式高效應(yīng)用，既提高了空間利用率，又減少電線架設(shè)成本，但雙回路架線方式存在電能中斷輸送這一不足，導致用戶用電滿意度大幅降低?；诖耍貌黄胶饨^緣防雷法減少因雷電沖擊帶來的停電問題，在這一過程中要掌握不平衡絕緣防雷法應(yīng)用原理，以便優(yōu)化防雷效果，真正保證輸電線路安全。因為線路回路間增加絕緣子，雷擊現(xiàn)象出現(xiàn)后，在絕緣子作用下產(chǎn)生不同程度閃絡(luò)現(xiàn)象，一定程度上強化電線耦合性，進而起到防雷效果。需注意的是，工作人員動態(tài)監(jiān)測絕緣層狀態(tài)，以及絕緣子數(shù)量減少情況，如果絕緣防雷裝置年限過久，或者設(shè)備外觀受損，應(yīng)及時換新，以此增強抗雷擊性能，使輸電線路穩(wěn)定運行。在此期間，定期維護不平衡絕緣防雷系統(tǒng)，確保輸電線路正常運行。

除上述介紹的幾種措施外，還應(yīng)運用創(chuàng)意思路進行差異化防雷設(shè)計，適當提高差異化防雷技術(shù)實用性，將輸電線路運行風險有效防控，進而提升線路防雷性能。在此期間，參照電力企業(yè)防雷技術(shù)規(guī)范深入設(shè)計，在功能特性、耐雷效果、使用年限等方面入手，盡最大可能彰顯防雷作用，并全面提升線路防雷水平。長此以往，電力企業(yè)輸電線路建設(shè)工作能夠良性推進。

4.3 應(yīng)用分析

4.3.1 參數(shù)統(tǒng)計方面

線路是電能運輸?shù)闹匾d體，雷電作為時空外界因素，這種因素會不同程度影響電能質(zhì)量及運輸速度。影響因素之一即雷電流幅值概率分布情況，這種因素具有不變性，基于雷電定位系統(tǒng)來確定；另一種影響因素為地閃密度，該因素特征與雷電流幅值概率分布情況的特征相反，地閃密度屬于可變性，導致變化的原因主要是地閃固定值和雷電日，主要依據(jù)氣象部門工作人員對其進行全方面的觀測和統(tǒng)計，以此完成防雷性能評估。

要想確保輸電線路穩(wěn)定運行，應(yīng)有效掌握雷電活動規(guī)律，做到防雷及時性和有效性，減少雷電對電能造成的損失。實際上，上述兩種因素還遠遠達不到預(yù)防效果，因此，需要構(gòu)建完善的防雷評估體系，制定具體的評估策略，確保防雷性能準確分析、全面把握。

4.3.2 風險評估方面

首先，輸入相關(guān)信息。輸入線路地形特征、地理信息、地緣特征、地貌特征、結(jié)構(gòu)特征等信息，勢必要保證信息完整性和真實性，這能為防雷性能研究提供基礎(chǔ)的信息支持，否則，差異性防雷技術(shù)在防雷性能評估中的意義無從顯現(xiàn)。

其次，統(tǒng)計單位時間內(nèi)跳閘次數(shù)。跳閘因素是分析防雷性能時空差異的主要影響因素，對于工作人員來說，應(yīng)創(chuàng)新統(tǒng)計方法，在規(guī)定時間內(nèi)完成數(shù)值統(tǒng)計任務(wù)，并將已得數(shù)值作為不同區(qū)段的加權(quán)平均值，以便為防雷性能有效性分析和時空差異對比提供依據(jù)。

再次，參數(shù)精確統(tǒng)計。差異化防雷系統(tǒng)自應(yīng)用期間，為準確獲取性能參數(shù)，應(yīng)全面監(jiān)控數(shù)據(jù)信息質(zhì)量、適當掌控線路寬度、精確統(tǒng)計特定時間內(nèi)地閃密度，據(jù)此得知輸電線路價值信息，為差異化防雷技術(shù)有效應(yīng)用提供參考，進而推動電力企業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。

最后，客觀評估防雷性能?；谔l率數(shù)值評估差異化防雷技術(shù)的防雷效果，針對標準值、跳閘率對比分析，如果標準值不大于跳閘率，說明防雷效果能夠達到預(yù)期要求，并且電網(wǎng)穩(wěn)定性和安全性能夠得到保證。除這種方法外，還能通過不同空間區(qū)域防雷效果對比來對其進行相關(guān)數(shù)值確定和等級劃分，由于地區(qū)間電力企業(yè)在輸電線路安全方面防控的要求存在差異性，所以要從地區(qū)實際出發(fā)，嚴格遵守當?shù)仉娏Σ块T的相關(guān)要求和規(guī)定[10]。除此之外，加強雷電預(yù)防力度，雷電預(yù)防性能分析階段，應(yīng)全面保證相關(guān)計算工作的合理性以及計算數(shù)值的準確性，以免因計算失準增加計算次數(shù)，進而會浪費人力資源，并增強工作強度。地理環(huán)境相對復雜的地區(qū)分析防雷性能時，為提高分析結(jié)果參考價值，應(yīng)通過局部細分法來減輕工作壓力，并利用加權(quán)算法減小計算誤差，使輸電線路防雷效果達到最佳。從中可以看出，評估差異化防雷技術(shù)應(yīng)用效果，能為技術(shù)升級及創(chuàng)新提供有利條件，使輸電線路平穩(wěn)運行。

結(jié) 論

綜上所述，電網(wǎng)建設(shè)工作方興未艾，為優(yōu)化輸電線路建設(shè)效果、提升線路穩(wěn)定性，應(yīng)探索減少雷擊頻次以及雷擊受損程度的有效方法。差異化防雷技術(shù)有效應(yīng)用，能為線路電能輸送活動創(chuàng)設(shè)良好環(huán)境，使電力服務(wù)效用最大限度彰顯，其中，避雷線合理架設(shè)、避雷器有效安裝、不平衡絕緣防雷法應(yīng)用等方法能夠起到防雷效果，并突破輸電線路差異化防雷技術(shù)應(yīng)用阻力。放眼長遠，輸電線路防雷要求會逐漸提高，所以要適時創(chuàng)新差異化防雷技術(shù)，為電力企業(yè)多元化建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。