1000kV特高壓輸電線路防雷工程設(shè)計框架

文/韓宇

為了保證特高壓輸電線路在運(yùn)行過程中安全無誤，對其輸電線路進(jìn)行防雷是一個重要的環(huán)節(jié)，只有對國內(nèi)外特高壓輸電線路的實際運(yùn)行情況做出充分的了解，并且吸取相應(yīng)的經(jīng)驗，才能夠建設(shè)成經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的輸電線路網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，特高壓輸電線路的建設(shè)地點(diǎn)及環(huán)境都相對比較惡劣，大部分線路網(wǎng)絡(luò)都處于山區(qū)地帶，從而雷電擊打的情況十分常見，這也是特高壓輸電線路出現(xiàn)故障的常見情況。關(guān)于特高壓輸電線路的雷擊主要有如下兩個特點(diǎn)：首先，由于線路的絕緣程度相對較高，所以一般情況下雷擊中塔頂發(fā)生閃絡(luò)的可能性較??；同時，由于線路建成后的桿塔相對較高，所以繞擊的情況很容易發(fā)生。歐美等發(fā)達(dá)國家為了使雷電過電壓盡可能的被防護(hù)，都對特高壓輸電線路做出較為周密的防雷設(shè)計，并且也積累了大量的寶貴經(jīng)驗。所以為了解決我國1000kV特高壓輸電線路防雷擊這個亟待解決的難題，對國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗進(jìn)行吸收和借鑒是十分必要的。

1 1000kV特高壓線路繞擊分析

通常情況下，特高壓線路的桿塔對于地面來說相對較高，所以輸電線路上的工作電壓幅值也相對較大。一旦出現(xiàn)雷雨現(xiàn)象，很可能在雷雨電荷的作用下，線路的桿塔頂部和線路附近的地面突起物對輸電線路產(chǎn)生向上的迎面先導(dǎo)，這種情況會極大程度的使線路的屏蔽性能受到破壞，從而對線路產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。這種原因的微觀機(jī)制可以通過建立相應(yīng)的幾何和電氣模型，通過分析地面、導(dǎo)線和避雷線之間的位置關(guān)系做出宏觀的說明和微觀的描述。特高壓線路雷擊跳閘的一個重要因素是繞擊，為了提高輸電線路的屏蔽性能，可以通過分析保護(hù)角來實現(xiàn)屏蔽性能的研究，并且特高壓輸電線路避雷線的屏蔽效果是否良好，也是評判保護(hù)角大小是否合理的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

在對1000kV特高壓輸電線路進(jìn)行屏蔽性能分析后，很容易發(fā)現(xiàn)：1000kV特高壓線路常用的桿塔四種類型：M型水平排列、3V型水平排列、M型三角排列、3V型三角排列。具體說明如下：

（1）M型水平，保護(hù)角為9.23°，出現(xiàn)繞擊閃絡(luò)的概率是0.051%；

（2）M型三角，保護(hù)角為5.92°，出現(xiàn)繞擊閃絡(luò)的概率是0.011%；

（3）3V型水平，保護(hù)角為9.72°，出現(xiàn)繞擊閃絡(luò)的概率是0.219%；

（4）3V型三角，保護(hù)角為6.62°，出現(xiàn)繞擊閃絡(luò)的概率是0.121%。

2 1000kV特高壓線路桿塔的選擇

由于1000kV的特高壓輸電線路桿塔采用雙地線進(jìn)行保護(hù)，并且空氣與絕緣子之間的放電電壓均值相對較大，這就導(dǎo)致雷電擊中桿塔塔頂或地線時發(fā)生反擊的情況相對較少。并且由于特高壓輸電線路的桿塔相對于地面的高度較大，一旦雷電的電流經(jīng)過桿塔，感應(yīng)電勢差在懸掛絕緣子串桿塔的橫擔(dān)處分量將明顯提高，雷電反擊閃絡(luò)的概率也會隨著桿塔高度的增加而相應(yīng)的提高，我們從控制雷電反擊閃絡(luò)概率的情況下進(jìn)行分析，一般會選擇拉線V型塔，這種類型比雙回塔或者自立式類型的防雷擊效果要更加良好。

3 1000kV特高壓輸電線路防雷工程設(shè)計

3.1 線路避雷器的安裝

技術(shù)人員在進(jìn)行特高壓輸電線路的設(shè)計過程中要合理的利用線路的避雷器，避雷器在使用過程中可以確保導(dǎo)線和桿塔之間的電勢差在明顯高出避雷器的工作電壓情況下，使絕緣子閃絡(luò)的情況發(fā)生的概率明顯得到控制，對于一些地區(qū)架設(shè)的特高壓輸電線路出現(xiàn)雷擊跳閘概率較高的情況，技術(shù)人員在進(jìn)行設(shè)計的過程中可以在輸電線路上有針對性的設(shè)置避雷器。一般來說，特高壓輸電線路的避雷器種類，可以使用如下兩種：

3.1.1 無間隙型避雷器

這種避雷器可以直接連接導(dǎo)線，并且這種避雷器也是電站型避雷器的一個加強(qiáng)版，可以吸收沖擊過程中產(chǎn)生的能量，在運(yùn)行過程中也具備較強(qiáng)的可靠性和安全性，如果線路處于正常操作電壓或運(yùn)行電壓的情況下，避雷器不會發(fā)生異常動作，并且為了避免電氣設(shè)備出現(xiàn)老化的情況，無間隙型避雷器本身并不帶電工作。

3.1.2 帶串聯(lián)間隙型避雷器

該類型避雷器的工作方式是利用空氣作為介質(zhì)和導(dǎo)線實現(xiàn)連接，這種避雷器在承受工頻電壓的過程中，必須在雷電流的作用下進(jìn)行，這就保持了避雷器本身較長的使用壽命，可靠性也相對較高。帶串聯(lián)間隙型避雷器的使用范圍十分廣泛，其本身并不承擔(dān)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的輸電電壓，同時也具備相應(yīng)的間隙隔離功能，上述情況又使帶串聯(lián)間隙型避雷器無需考慮本身的電氣壽命問題，因此在進(jìn)行輸電線路防雷設(shè)計的過程中，僅需要考慮避雷器的機(jī)械壽命，而避雷器本身出現(xiàn)機(jī)械故障，也不會影響線路的正常運(yùn)行。

3.2 不平衡絕緣的合理運(yùn)用

我國目前的特高壓輸電線路在架設(shè)過程中可以在同一桿塔上架設(shè)多回線路，這種設(shè)計方式，一方面可以使成本得到一定程度的控制，另一方面也可以使雷擊現(xiàn)象的產(chǎn)生得到有效的規(guī)避，從而避免了電網(wǎng)產(chǎn)生故障造成經(jīng)濟(jì)損失。技術(shù)人員在進(jìn)行線路架設(shè)過程中，可以在特高壓輸電線路中引入不平衡絕緣方式，這種絕緣方式可以使線路受到雷擊產(chǎn)生跳閘，從而使電網(wǎng)陷入暫時性故障的概率大大降低，可以極大程度的確保輸電線路的穩(wěn)定性和可靠性，與我國的實際國情相符合。采用不平衡絕緣的目的是為了確保一定數(shù)量的線路絕緣體不同，從而使輸電網(wǎng)絡(luò)在雷擊的情況下絕緣體閃絡(luò)的情況得到控制，使輸電網(wǎng)絡(luò)在雷擊的情況下可以保持持續(xù)供電，而不至于發(fā)生故障。

3.3 防雷擊閃絡(luò)措施的應(yīng)用

在進(jìn)行1000kV特高壓輸電線路的防雷設(shè)計過程中，在正式設(shè)計之前，應(yīng)該對當(dāng)?shù)氐牡乩淼孛舱归_詳細(xì)的調(diào)研，并且在實際的架設(shè)過程中，也要和周邊已建輸電線路的運(yùn)行經(jīng)驗相互結(jié)合，絕不能千篇一律的采用類似的設(shè)計方案。由于目前關(guān)于雷電的微觀特性，仍然沒有被人們所充分掌握，所以在特高壓線路輸電的設(shè)計過程中，仍然要對避雷器使用進(jìn)行深入的研究，在線路的架設(shè)過程中也應(yīng)該對邊坡和山頂?shù)攸c(diǎn)的架空地線保護(hù)角進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計和計算。另外，也可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計防雷效果更加良好的新型桿塔。

3.4 地線保護(hù)角的適當(dāng)減小

使線路繞擊跳閘的概率得到控制是實現(xiàn)特高壓輸電線路防雷擊效果改進(jìn)的一個重要的方法。其中，輸電線路的防雷器效果與地線的屏蔽效果起到不可替代的作用，并且減少地線保護(hù)角也可以解決繞擊所帶來的輸電線路故障，實踐表明，這樣設(shè)計效果十分良好。但是在設(shè)計過程中需要注意的是，對于輸電線路來說，將地線的保護(hù)角減少，對其影響并不明確，仍需在科研上展開更加深入的內(nèi)在機(jī)理研究。在選擇桿塔類型的過程中，即使輸電線路處于施工階段也仍然需要耗費(fèi)大量的試驗成本，桿塔的應(yīng)力與保護(hù)角的配合試驗過程中，會使更多的鋼材被消耗，從而使線路的建設(shè)成本直接提高。所以在這種情況下，必須對輸電線路保護(hù)角的可行性和合理性做出全面的考慮，在計算和設(shè)計完成以后再結(jié)合工程的實際特點(diǎn)進(jìn)行施工。

4 結(jié)語

特高壓輸電線路的桿塔在架設(shè)過程中，一般距離地面的距離相對較高，這使得線路很容易在雷擊的作用下發(fā)生繞擊損害，所以在桿塔的頂部有針對性的設(shè)置避雷設(shè)備是必不可少的。另外，對于避雷線的機(jī)械強(qiáng)度和使用效果也要重視起來，不斷的在實際中積累經(jīng)驗。綜上所述，在特高壓輸電線路的防雷工程設(shè)計過程中，如果想將雷電損害所造成的影響從根本上進(jìn)行控制，必須將系統(tǒng)的運(yùn)行方式和特高壓輸電線路的實際運(yùn)行情況進(jìn)行結(jié)合，從而確定出最佳的防雷效果設(shè)計方案，只有這樣才能夠使雷電所帶來的損害盡可能的最小化。