輸電線路防雷接地設(shè)計的問題與改進(jìn)方法探討

張嚴(yán)俊

【摘 ?要】輸電線路一般都是在室外，經(jīng)常受到臺風(fēng)、雷電以及大雨等多方面的自然氣象條件直接影響，從而給電力系統(tǒng)運行帶來不穩(wěn)定的影響。雷電是造成輸電線路故障最主要的因素之一，會使輸電線路出現(xiàn)燒毀或者短路現(xiàn)象，產(chǎn)生雷擊跳閘等事故;由于雷擊的電流很強大，在輸電線路上將產(chǎn)生遠(yuǎn)高于線路額定電壓的“過電壓”，甚至?xí)﹄娏ο到y(tǒng)內(nèi)相關(guān)設(shè)備造成較大的損害，因此加強防雷接地設(shè)計及維護(hù)，能夠減少或防止此類問題發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電線路;防雷接地設(shè)計;要點

1雷擊故障為輸電線路帶來的危害

1.1對輸電線路造成損害

雷電是一種自然現(xiàn)象，雷擊故障的發(fā)生具有一定的隨機(jī)性。一旦雷擊故障發(fā)生在輸電線路中不僅將直接影響電力系統(tǒng)的電力輸送，還會增加電力工作人員工作的危險性。雷擊故障發(fā)生于輸電線路中并對其造成損害主要有兩種形式：①雷電對輸電線路的直接擊打;②雷電能量通過導(dǎo)線作用于輸電線路中的電子元件造成的輸電線路的損壞。這兩種雷擊故障形式都會為輸電線路帶來嚴(yán)重的損害，不僅對電力的傳輸直接造成影響，嚴(yán)重的還會造成電力傳輸中斷。

1.2影響電力傳輸安全

眾所周知，雷擊具有電流量大，發(fā)生時間短和瞬時性的特點。因此當(dāng)其作用于電路傳輸系統(tǒng)時，如果輸電系統(tǒng)缺乏對雷擊故障的防護(hù)，雷擊電流會在一瞬間造成內(nèi)部電流傳輸?shù)奈蓙y，嚴(yán)重影響電力傳輸?shù)男剩a(chǎn)生安全隱患。雷擊對輸電線路的安全影響主要分為兩個方面：①電力工作人員。電力工作人員負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的監(jiān)察和維護(hù)，在輸電系統(tǒng)遭遇雷擊后為了降低影響會在第一時間進(jìn)行搶修，增加了工作的危險性;②公共安全。雷擊后可能直接造成高壓傳輸線路的切斷，切斷的高壓電線垂墜到地面上被誤觸會直接影響生命安全。

2輸電線路防雷接地設(shè)計存在的問題

2.1對雷擊故障發(fā)生的預(yù)測能力較低

我國幅員遼闊，電力的分布范圍也很廣泛。很多供電區(qū)域的雨季較長，雷電多發(fā)，因此電力系統(tǒng)對雷電的預(yù)防就顯得尤為重要。在現(xiàn)有的輸電線路中對雷擊發(fā)生預(yù)測能力有所不足，導(dǎo)致了輸電線路中沒有對雷擊故障進(jìn)行防范，或者防范措施還未完善，雷擊故障就已經(jīng)發(fā)生，對輸電線路造成了嚴(yán)重?fù)p害。

2.2接地土壤電阻值過高

有關(guān)人員對雷擊故障發(fā)生于輸電線路中的情況進(jìn)行統(tǒng)計后，發(fā)現(xiàn)輸電線路的桿塔電阻值不同對防雷擊的效果也有所不同，土地中的電阻值越低輸電線路接地防雷電額效果就越好，但是在目前對輸電線路的桿塔電阻值進(jìn)行了解后發(fā)現(xiàn)，部分區(qū)域的桿塔電阻值過高，土壤中的電阻值也偏高，因此線路的抗雷擊效率較低。

2.3沒有進(jìn)行有效的防雷與抗冰設(shè)計

有關(guān)高壓輸電線路電氣的設(shè)計，線路走廊大部分區(qū)域都比較復(fù)雜空曠，冰雹以及雷雨的天氣會經(jīng)常出現(xiàn)。這種惡劣的天氣致使輸電線路受到嚴(yán)重的影響，線路受損或短路等問題，設(shè)計人員若不提前充分研究分析，也造成提高設(shè)計成本，更會使后期的維護(hù)受到嚴(yán)重阻礙。

3防雷接地技術(shù)設(shè)計要點

3.1提升電路系統(tǒng)對雷擊預(yù)測

設(shè)計輸電線路的綜合防雷技術(shù)和接地電阻設(shè)計要以提升電力系統(tǒng)對雷擊的預(yù)測能力為前提。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)避雷針在預(yù)測雷擊上有較好的作用體現(xiàn)。避雷針作用的發(fā)揮主要是依靠在雷擊發(fā)生前對雷電進(jìn)行感應(yīng)，并改變地面的電場完成的。因此在輸電傳輸系統(tǒng)中如果能良好的運用避雷針的有關(guān)功能就能實現(xiàn)對雷擊的預(yù)測，迅速利用有關(guān)手段采取措施，在最大的安全范圍內(nèi)在輸電線路系統(tǒng)中建立防護(hù);或可根據(jù)避雷針對雷電的預(yù)測，在雷電發(fā)生前對雷電的擊打方向進(jìn)行干擾，避免雷電直接擊打到輸電線路的關(guān)鍵部位，為電力的傳輸帶來影響。在輸電線路中安裝避雷針可以從以下兩個位置進(jìn)行：①在輸電線路的塔頂。在此處安裝避雷針能夠改變雷擊的方向，通過吸引雷擊電流擊打到避雷針上，再由避雷針對電流進(jìn)行疏導(dǎo);②在地線上安裝避雷針。經(jīng)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在桿塔的10～30m的范圍內(nèi)是雷擊的危險區(qū)域，在該區(qū)域的地線上安裝防雷電繞擊的避雷短針能有效幫助電力系統(tǒng)提升輸電線路的防雷擊水平。

3.2降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻直接影響塔頂電位，通過降低桿塔接地電阻可以提高輸電線路的耐雷水平，減少雷電反擊閃絡(luò)的概率。另外，降低桿塔接地電阻還可以提高線路避雷器的泄流速度，有效發(fā)揮線路避雷器的防雷作用?？梢哉f，“防雷在于接地”，降低桿塔接地電阻是輸電線路防雷的重要措施，是防雷工作的重點。傳統(tǒng)的桿塔接地方案大多是采用水平敷設(shè)熱鍍鋅圓鋼或結(jié)合垂直接地角鋼的方式，對于土壤電阻率高的桿塔位通過換土、使用化學(xué)降阻劑降低接地電阻值。但化學(xué)降阻劑容易腐蝕接地網(wǎng)、污染環(huán)境、降阻穩(wěn)定性差，已被很多供電部門明文禁止使用。近年開發(fā)的非金屬接地模塊和石墨基柔性接地體等新型接地材料具有抗腐蝕、免維護(hù)、施工簡單快捷、降阻穩(wěn)定性好、效果顯著等特點，已逐步獲得推廣運用。

3.3架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路最基本、最有效的防雷措施。架設(shè)避雷線主要是避免雷電直接擊打在導(dǎo)線上，降低雷擊事故發(fā)生率，同時還具有減少雷電反擊閃絡(luò)發(fā)生的作用，具體原理為：（1）分流減小流經(jīng)桿塔的雷電流，降低塔頂電位;（2）使導(dǎo)線產(chǎn)生藕合電壓，減小線路絕緣子串兩側(cè)的電位差。不同電壓等級的輸電線路，對避雷線配置的要求有所不同。設(shè)計規(guī)范規(guī)定，110kV輸電線路宜沿全線架設(shè)地線，220kV～330kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)地線，500kV～750kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)雙地線。同時，為了提高避雷線的屏蔽效果，減少雷電繞過避雷線擊中導(dǎo)線的發(fā)生率，桿塔上避雷線對導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范7.0.14條的規(guī)定。

3.4優(yōu)化自動重合閘設(shè)計

根據(jù)實際調(diào)查顯示，自動重合閘方案的優(yōu)化是可以有效提高輸電線路防雷的作用。自動重合過程中實現(xiàn)了對供電的迅速恢復(fù)，可以有效減少雷擊跳閘后停電這種事故發(fā)生。如果期間遭受雷擊的狀況，防雷裝置就會自動開啟，會使輸電線路被雷擊中的概率大大降低，如果遭受雷擊造成跳閘，自動重合閘裝置就會開啟，可以在超短的時間里使供電快速恢復(fù)，消除瞬時性故障，確保持續(xù)供電，防止給客戶所造成的損失。

3.5進(jìn)行有效的防雷抗冰設(shè)計

多變的氣候環(huán)境對高壓輸電線路有重大影響，所以要保證高壓輸電線路的安全設(shè)計，增強防雷抗冰的工作。首先相關(guān)電氣設(shè)計人員要對每個地區(qū)的氣候以及地形特點適當(dāng)選擇出導(dǎo)線。需要保障導(dǎo)線的機(jī)械強度，在雷雨冰雹這種惡劣天氣中運行有較好的狀態(tài)，降低短路等運行事故的發(fā)生。其次線路設(shè)計中，只要改變絕緣子串長度，必須重新進(jìn)行風(fēng)偏驗算，防止改造后引發(fā)風(fēng)偏;110kV以下電壓等級應(yīng)以加大盤徑絕緣子為主，220kV及以上線路的雙串絕緣子配置應(yīng)盡量采用“V型”或“倒V型”配置。

4結(jié)語

隨著我國的社會進(jìn)步，如今處于電網(wǎng)優(yōu)化的建設(shè)中，為了能提高高壓輸電線路當(dāng)中的電氣設(shè)計水平質(zhì)量，設(shè)計人員必須對電氣設(shè)計有科學(xué)的掌握，重視桿塔的型號和防雷抗冰的選擇，并對輸電線路設(shè)計等多方面知識進(jìn)行專業(yè)有效培訓(xùn)，提升其設(shè)計以及應(yīng)用技能，保障整體的高壓輸電線路電氣設(shè)計的價值，從而使我國高壓輸電行業(yè)可以更好地發(fā)展。

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（作者單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)新疆電力設(shè)計院有限公司）