淺談10kV輸電線路設(shè)計(jì)中防雷措施及應(yīng)用

吳金鋒

摘要：雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，雷電過(guò)程中造成的過(guò)電壓對(duì)輸電線路影響很大，使用有效的防雷技術(shù)來(lái)確保輸電線路運(yùn)行安全是十分重要的。

關(guān)鍵詞：輸電線路;10kV;雷擊;防雷措施;設(shè)計(jì)

引言

架空輸電線路是供電系統(tǒng)的重要組成部分，由于架空輸電線路多數(shù)布局在野外環(huán)境中，故極易受到外界條件的影響和損害，環(huán)境的變化是對(duì)其安全運(yùn)行影響非常大。其中主要影響因素之一就是雷擊，雷擊不僅僅只是造成居民商業(yè)斷電，而且對(duì)線路中的元器件及電氣設(shè)備損壞巨大，造成線路運(yùn)行損失，因此做好架空輸電線路的防雷設(shè)計(jì)是我們線路設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)。

線路遭雷擊原因

架空輸電線路因雷擊造成跳閘，具體可以分為繞擊雷和直擊雷，雷電流幅值也有大有小，在輸電線路設(shè)計(jì)前，我們從設(shè)計(jì)的角度應(yīng)先研究當(dāng)?shù)氐匦我约袄讚籼攸c(diǎn)，以便有針對(duì)性的進(jìn)行線路的防雷設(shè)計(jì)。在線路運(yùn)行期間最容易受到雷擊的是避雷保護(hù)線路的保護(hù)角度過(guò)大以及桿塔接地系統(tǒng)的電阻過(guò)高的線路。以下是幾種常見(jiàn)的線路遭雷擊原因：

（1）桿塔存在隱患

部分配電線路中為施工方便，沒(méi)有采用獨(dú)立的接地系統(tǒng)，而直接使用水泥電桿內(nèi)部的鋼筋進(jìn)行接地，一旦雷擊造成大電流經(jīng)過(guò)電桿內(nèi)部鋼筋時(shí)，容易造成該水泥電桿開(kāi)裂造成其損壞。

（2）安全預(yù)防措施嚴(yán)重不足

部分架空輸電線路在施工設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮相關(guān)規(guī)范安裝防雷設(shè)施，也沒(méi)有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形特點(diǎn)采用相對(duì)應(yīng)的防雷安全措施。

（3）配電線路電線存在問(wèn)題

部分輸電線路的保護(hù)角過(guò)大對(duì)繞過(guò)雷擊不利，譬如一部分多雷電區(qū)域的輸電線路就很難滿足220kV及以上輸電線路的避雷線保護(hù)角不得大于20°的規(guī)定。

當(dāng)前在輸電線路常用的防雷保護(hù)措施有以下幾種：安裝避雷線、降低輸電桿塔的接地電阻、選用自動(dòng)合閘設(shè)備、安裝耦合地線和采用不平衡的絕緣系統(tǒng)等。

輸電線路中的防雷策略設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)輸電線路的防雷策略時(shí)，要考慮很多綜合因素，從多個(gè)角度、根據(jù)具體情況融入土質(zhì)、電阻、地形、地域、線路等各種因素以全方位地進(jìn)行線路的設(shè)計(jì)規(guī)劃。

（1）線路避雷器的防雷原理。線路中的避雷器所采用的是避雷器自身和串聯(lián)空氣間隙結(jié)構(gòu)二者的組合，其中，避雷器本體基本上不會(huì)承擔(dān)由系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的電壓，因此，避雷器的使用不需要考慮其由于長(zhǎng)期運(yùn)行造成的老化問(wèn)題，即便是避雷器有故障，也不會(huì)對(duì)線路運(yùn)行造成影響。串聯(lián)空氣間隙有兩種，即以合成絕緣為支撐的串聯(lián)空氣間隙和純空氣串聯(lián)間隙。

當(dāng)雷電擊中塔桿時(shí)，由雷電產(chǎn)生的電流分為兩路，分別經(jīng)由避雷線、塔桿流入大地，此時(shí)，若是塔桿頂端的電位和導(dǎo)線的電位之差高于一定值，絕緣子串中的50%放電電壓就會(huì)引起從塔頂?shù)綄?dǎo)線的閃絡(luò)。輸電線路整體抗雷能力絕大程度上是受接地電阻、架空的避雷線、雷電流的強(qiáng)度以及絕緣子串的50%放電電壓影響。其中，接地電阻和架空的避雷線是人為可控制的，因此，要提高線路抗雷能力，通常選擇安裝避雷器和減小接地電阻的方法。

（2）選用合理的輸電線路路徑。由于自然區(qū)域的條件不一樣，受雷擊的概率也會(huì)有很大差異。那些雷擊頻發(fā)的地域，自然行業(yè)不是鋪設(shè)線路室最佳的考慮方案。因此，要選擇鋪設(shè)線路最合理的路徑，盡量避免此類(lèi)雷擊區(qū)域。應(yīng)該要避免的路徑有如下幾種：第一，號(hào)稱(chēng)“雷暴走廊”的山谷峽谷地區(qū);第二，地下埋有導(dǎo)體性質(zhì)的礦物或者地下水位高的地區(qū);第三，環(huán)山而坐既潮濕又低洼的盆地，尤其是其旁邊有連綿的山脈或者是有樹(shù)木、池塘、水庫(kù)等的鐵塔周?chē)游ｋU(xiǎn);第四，已經(jīng)發(fā)生土地電阻率的突變或者極易發(fā)生突變的地域，這些區(qū)域有低土質(zhì)性電阻的特性，比如地質(zhì)的斷層處或者有溪流的山谷區(qū)域，又或是那些土壤與巖石、到天河山丘交接的地帶;第五，那些土壤很好的山地或是向陽(yáng)的山坡，雖然其電阻的差距不是很明顯，但是遭到雷擊的概率也比普通的地區(qū)要多。

（3）降低接地電阻。僅僅依靠安裝避雷器和架設(shè)避雷線所達(dá)到的防雷效果不是非常理想，因此，接地電阻是避雷線很好的一個(gè)補(bǔ)充，以達(dá)到更大的降壓目的。比如說(shuō)，當(dāng)電壓值在40～65kV區(qū)間時(shí)，避雷線沒(méi)有搭設(shè)的必要性，但是為使所有鐵塔的接地情況良好，同時(shí)又有防雷的效果，就需要運(yùn)用降低鐵塔的接地電阻策略。降低電阻方法有三種：一是對(duì)于那些較為集中同時(shí)規(guī)模較小的接地網(wǎng)，可使用降阻劑。將降阻劑鋪設(shè)在接地極的四周，擴(kuò)大接地面積，從而達(dá)到降低地面和鐵塔的電阻。因其導(dǎo)電性能較好，可推廣使用此方法;二是爆破技術(shù)。利用爆破，制造破裂，然后通過(guò)壓力機(jī)作用將電阻率較低的材料導(dǎo)入裂縫中去，以增強(qiáng)土地導(dǎo)電性能;三是加長(zhǎng)水平接地體，因?yàn)樗焦?jié)地體長(zhǎng)度與電感效應(yīng)成正比，若其長(zhǎng)度為80m，電阻率達(dá)2000，長(zhǎng)度是55m時(shí)，電阻率是500，因此，當(dāng)其長(zhǎng)度達(dá)一定值時(shí)，沖擊系數(shù)就會(huì)逐步穩(wěn)定下來(lái)，不會(huì)再下降。

目前我們?cè)?0kV線路設(shè)計(jì)中常用避雷方式：過(guò)去在雷電多發(fā)地區(qū)，10kV線路與35kV類(lèi)似加裝避雷線，但缺點(diǎn)是投資成本及維護(hù)成本過(guò)高，10kV線路布局較為錯(cuò)亂，避雷線保護(hù)角過(guò)大造成繞過(guò)雷擊效果差，并且輸電線路更容易受到反擊。目前在10kV設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的避雷方式是采用安裝過(guò)電壓保護(hù)器和防雷絕緣子。

采用防雷柱式絕緣子：每根直線水泥桿上的單橫擔(dān)裝置安裝3只，雙橫擔(dān)裝置安裝6只（或者一側(cè)3只防雷絕緣子，一側(cè)3只普通絕緣子），要求每3根水泥桿加1處接地裝置（可根據(jù)雷區(qū)不同接地裝置距離可調(diào)整），要求接地電阻不應(yīng)大于10歐姆。FEG型防雷型支柱絕緣子是采用組合式結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其采取先堵塞電壓后疏通的設(shè)計(jì)工藝，增強(qiáng)了支柱絕緣子的絕緣性能以及防污穢水平。并且不會(huì)類(lèi)似瓷絕緣子炸毀現(xiàn)象，具有防止雷擊斷線、以及降低雷擊跳閘保護(hù)等功能。防雷柱式絕緣子原理是：當(dāng)雷擊的過(guò)電壓超過(guò)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，電流會(huì)在防雷絕緣子引弧棒和下金屬腳放電，使得電弧在引弧棒上灼燒，這樣導(dǎo)線就不會(huì)受到損傷。

安裝過(guò)電壓保護(hù)器：目前國(guó)內(nèi)的10kV配電線路存量十分龐大，需要保護(hù)的區(qū)域范圍廣，因此避免雷擊是十分困難，傳統(tǒng)的避雷器長(zhǎng)時(shí)間受到線路的工頻電壓，還要承受雷擊時(shí)的過(guò)電壓，因此傳統(tǒng)的避雷器更易老化，故障頻發(fā)，無(wú)法確保供電的穩(wěn)定性。目前在10kV現(xiàn)場(chǎng)施工中主要采取過(guò)電壓保護(hù)器，其主要采取氧化鋅避雷器與外間隙組合的方式，當(dāng)輸電線路沒(méi)有受到雷擊時(shí)，外間隙可以起到有效的隔離作用從而使避雷器不承受到線路中的電壓，即便當(dāng)避雷器老化損壞時(shí)，外間隙也不會(huì)導(dǎo)致線路接地而發(fā)生運(yùn)行的危險(xiǎn)。在雷擊的過(guò)電壓達(dá)到一定值時(shí)，電壓才會(huì)穿過(guò)保護(hù)器外間隙導(dǎo)致避雷器動(dòng)作，因此過(guò)電壓保護(hù)器具有更佳的防雷效果，安裝該保護(hù)器會(huì)提高線路安全運(yùn)行的穩(wěn)定水平。由于過(guò)電壓保護(hù)器的有效保護(hù)距離有限，在10kV設(shè)計(jì)安裝時(shí)我們需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)雷區(qū)分布，過(guò)電壓保護(hù)器安裝密度控制在200m-360m之間是經(jīng)濟(jì)效益最佳，雷擊的過(guò)電壓經(jīng)過(guò)外間隙到達(dá)避雷器后再經(jīng)過(guò)接地系統(tǒng)進(jìn)入大地，從而保護(hù)絕緣線。

在10kV輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，我們一定要對(duì)接好當(dāng)?shù)匦枨笠约笆┕ち?xí)慣，如果線路沒(méi)有有效的防雷設(shè)備，一旦遭到雷擊會(huì)給電力系統(tǒng)造成巨大損失，在設(shè)計(jì)前將當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料進(jìn)行全面收集，從而更好的將防雷設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合，根據(jù)雷電資料進(jìn)行預(yù)防工作，進(jìn)一步提高輸電線路供電可靠性，對(duì)保護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重大意義。

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