山區(qū)成品油管道外供電線路防雷措施

郭漢宇

摘? 要：外供電線路作為成品油管道附屬設(shè)施之一，承擔(dān)著為輸油站提供電能的重要作用，是管道運(yùn)行的動(dòng)力之源。雷擊作為影響外供電線路安全可靠運(yùn)行的重要誘因，容易引發(fā)線路接地、避雷器擊穿等供電異常，造成供電中斷，尤其是雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊事故的頻率更高，因此，做好防雷措施是外供電管理的重要組成部分。本文就成品油管道外供電防雷實(shí)踐，對(duì)各類防雷措施進(jìn)行了分析，提出優(yōu)化外供電線路防雷措施的建議。

關(guān)鍵詞：成品油管道；外供電線路；雷擊；防雷措施

1、引言

管道輸送作為油品運(yùn)輸最經(jīng)濟(jì)、最安全、最高效的運(yùn)輸方式，在保障國民經(jīng)濟(jì)的能源供給方面有著不可替代的作用，俗稱“能源大動(dòng)脈”。管道要實(shí)現(xiàn)長距離輸送的目標(biāo)，需在管道沿途建設(shè)若干輸油站，以對(duì)油品進(jìn)行加壓、分輸、計(jì)量，輸油站的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開外供電線路所提供的源源不斷的電能。一個(gè)穩(wěn)定、可靠、安全的供電系統(tǒng)，是輸油站安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)供電中斷，導(dǎo)致甩站，管道會(huì)產(chǎn)生水擊，對(duì)管道本體、輸油設(shè)備造成很不利的影響，甚至可能導(dǎo)致油品泄漏事故。因此，對(duì)長輸管道而言，保障外供電線路的可靠運(yùn)行是輸油站的日常重點(diǎn)工作之一。

由于供電的穩(wěn)定可靠對(duì)輸油站有著極其重要的意義，輸油站的外供電線路通常采取供電專線，由變電所直接敷設(shè)至輸油站，根據(jù)負(fù)荷的大小，還會(huì)設(shè)計(jì)成雙回路供電，以保證供電冗余。外供電線路分為架空線路和電纜線路兩種形式，架空線路又細(xì)分為絕緣導(dǎo)線和裸線兩種。架空線路在敷設(shè)時(shí)，都是沿著遠(yuǎn)離人群的高山叢林架設(shè)，尤其地勢(shì)較高山區(qū)，在雷雨季節(jié)時(shí)容易引雷，雷電以沿線的輸電線路為泄放通道將雷電導(dǎo)入大地，導(dǎo)致輸電線路容易遭受雷擊。為減小雷電對(duì)外供電線路運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，根據(jù)線路的電壓等級(jí)、途徑地域氣象條件等因素，在線路上安裝有避雷器、避雷線等附件，對(duì)外供電的防雷起到了積極的作用，但實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雷擊仍然是引起山區(qū)成品油管道晃電跳閘的主要原因。

2、雷電對(duì)外供電線路的影響

根據(jù)雷電產(chǎn)生危害性的特點(diǎn)，它的破壞作用主要由雷電流引起，通常雷擊以三種形式出現(xiàn)：

（1）雷電直擊。通常所說的雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或帶電的云層對(duì)大地之間的迅猛放電現(xiàn)象。帶電云層對(duì)大地的某一點(diǎn)發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為直接雷擊。

（2）雷電繞擊。雷電繞擊是指繞過避雷線和避雷針等防護(hù)裝置擊中線路導(dǎo)線或站內(nèi)設(shè)備的侵害形式。

（3）雷電反擊。雷擊線路桿塔和避雷線時(shí)，雷電流通過雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對(duì)地電位大大升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓，因?yàn)闂U塔或避雷線的電位（絕緣值）高于導(dǎo)線，故通常成為反擊。

對(duì)于外供電線路來說，雷擊造成的安全危害非常大，雷擊對(duì)外供電線路的影響主要表現(xiàn)如下：

（1）雷擊外供電線路使絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)致線路跳閘，從而引起該回路供電中斷。

（2）避雷器受到雷擊造成避雷器引流線擊斷或避雷器直接擊穿，引流線擊斷后遇風(fēng)左右擺動(dòng)，造成線路接地或線路短路造成供電中斷。避雷器擊穿造成線路直接接地使供電中斷。

（3）野外架空輸配電線路的電纜頭被雷擊時(shí)造成輸配電線路電纜頭短路或直接擊穿引起供電中斷。

（4）外供電線路受到雷擊，直接將供電線路相線擊斷，從而引起輸配電線路供電中斷。

（5）外供電線路桿塔、絕緣子、架空線、避雷線等受雷擊遭到不同程度損傷，使得供電可靠性、穩(wěn)定性、安全性大大降低，從而影響供電線路停電。

3、10kV外供電架空線路常見防雷措施

3.1 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻能夠降低輸電線路的雷擊跳閘率，當(dāng)桿塔接地電阻降低，雷擊塔頂時(shí)塔頂電位升高幅度降低，絕緣子所承受的過電壓程度也有所降低，從而提高耐雷水平，有效降低線路雷電跳閘率，外供電桿塔接地電阻一般要求小于10歐姆，在巖石地方或整改接地電阻困難地方，可以減小接地電阻的要求，但是不得大于30歐姆。常用降低接地電阻方法有：

（1）深埋或增加接地極長度，如深井接地，伸長水平接地體。

（2）對(duì)土壤進(jìn)行處理，如使用接地電阻降阻劑，或更換土壤。

3.2 架設(shè)避雷線

避雷線安裝于桿塔頂部，安裝高度大于供電線路。避雷線與所通過的桿塔接地線相連，當(dāng)出現(xiàn)雷擊時(shí)避雷線可以引導(dǎo)雷電向避雷線放電，通過桿塔的接地裝置將雷電分流導(dǎo)入大地，降低塔頂電位和感應(yīng)過電壓，使被保護(hù)物體免遭雷擊。避雷線具有使用年限長、不易出現(xiàn)雷擊擊斷，對(duì)線路的保護(hù)比較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也具有投資較大、維護(hù)維修難度較大等缺點(diǎn)。對(duì)10kV～35kV外供電線路，一般不需要沿線架設(shè)避雷線，多雷強(qiáng)雷地區(qū)可以架設(shè)避雷線。

3.3 加強(qiáng)絕緣

由于架空輸電線路跨越大山地段需采用高桿塔或鐵塔進(jìn)行跨越，桿塔或鐵塔高度過高被雷擊的幾概率大大增加，為使輸電線路減少雷擊概率，可采用增加絕緣子串片數(shù)，改用大爬距懸式絕緣子，增大塔頭空氣間距來提高防雷性能，也可以將架空線路裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線，將雷區(qū)的鐵制橫擔(dān)更換為絕緣橫擔(dān)。與裸導(dǎo)線相比，絕緣導(dǎo)線有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以減少導(dǎo)線腐蝕、提高電壓質(zhì)量、較少電能損失、改善和提高輸配電安全可靠性。

3.4 架設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，可以在導(dǎo)線下方架設(shè)一條耦合地線，實(shí)現(xiàn)雷電分流，該措施可以降低雷擊跳閘率50%左右。

3.5 增加引雷能力，安裝側(cè)向避雷針

桿塔側(cè)針技術(shù)通過在桿塔上安裝水平側(cè)針，以增強(qiáng)避雷線對(duì)弱雷的吸引能力，增加避雷器的保護(hù)范圍，降低輸電線路繞擊率。當(dāng)雷云中的先導(dǎo)放電向地面發(fā)展且距離地面一定高度時(shí)，避雷針能使先導(dǎo)通道所產(chǎn)生的電場(chǎng)發(fā)生畸變，此時(shí)最大電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?qū)⒊霈F(xiàn)在從雷電先導(dǎo)到避雷器頂端（接閃器）的連接數(shù)上，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針上，避雷針上的電荷隨著接地線安全泄放入大地，從而達(dá)到降低雷擊的概率。

3.6 安裝自動(dòng)重合閘裝置

自動(dòng)重合閘裝置是架空線路上常用的一種防晃電措施，架空線路由于雷電或其他故障原因分閘，重合閘裝置利用機(jī)械裝置或繼電自動(dòng)裝置使其自動(dòng)重新合閘。電力系統(tǒng)發(fā)生故障是暫時(shí)性的，經(jīng)繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘切斷電源后，經(jīng)預(yù)定時(shí)間再使其重合閘。若故障自動(dòng)消除，線路經(jīng)重新合閘恢復(fù)供電。若線路故障是持續(xù)的，則斷路器再次跳閘，不再重合。

3.7 線路本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

現(xiàn)行的輸油站雙回路供電線路設(shè)計(jì)，通常是由兩座獨(dú)立的變電站各自引出一條10kV或35kV供電線路，接入輸油站變電所。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)調(diào)查兩座變電所上游是否共用同一配電站或同一條母線，配電站及線路是否途徑雷區(qū)、旅游景區(qū)、開發(fā)區(qū)等。在條件允許情況下做到以下幾點(diǎn)：

（1）選擇離廠區(qū)相鄰的變電站，減少供電線路長度，提高供電線路穩(wěn)定性。

（2）選擇不同的變電站配出線作為廠區(qū)的雙回路電源，原則上不能從同一變電站引出兩條母線作為廠區(qū)的雙回路電源。

（3）當(dāng)條件不允許時(shí)需要從同一變電站引出兩條母線作為廠區(qū)雙回路電源時(shí)，上游母線嚴(yán)禁使用同一條母線。

3.8 線路上安裝避雷器

避雷器連接在絕緣子串上，當(dāng)作用電壓超過避雷器放電電壓時(shí)，避雷器先進(jìn)行放電，避免絕緣子串的閃爍，線路避雷器防雷效果好。近年來，隨著金屬氧化鋅避雷器的技術(shù)成熟和制造成本低，在輸電線路上得到廣泛的運(yùn)用。氧化鋅避雷器遭受雷擊時(shí)，經(jīng)常被擊穿，尤其是雷區(qū)輸電線路更為嚴(yán)重。避雷器一旦擊穿，供電線路必然接地，雖然能起到保護(hù)作用，但線路穩(wěn)定性較差，需開展緊急搶修更換避雷器后才能投入使用。對(duì)于距離較長的供電線路而言，開展線路排查，查找被擊穿的避雷器也需要耗費(fèi)大量時(shí)間。尤其是在夜間，即使確定線路避雷器被擊穿，也很難第一時(shí)間開展搶修，此時(shí)輸油站僅剩一條外供電線路供電，一旦也被雷擊，很可能造成輸油站供電中斷，輸油站的安全平穩(wěn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)陡增。

4、新技術(shù)防雷措施及工程應(yīng)用

4.1多間隙避雷器

多間隙避雷器由一個(gè)或多個(gè)單元串聯(lián)而成，每個(gè)單元由一個(gè)純空氣主間隙和滅弧間隙串串聯(lián)而成。滅弧間隙串由位于絕緣橡膠內(nèi)的多個(gè)金屬球電極組成，兩電極之間為滅弧室，如圖1所示。當(dāng)雷擊時(shí)，主間隙和滅弧間隙串擊穿后產(chǎn)生電弧，通過滅弧室噴口噴出，使電弧拉長，弧道電阻增加，工頻電弧在第一次過零后熄滅。

相較于氧化鋅避雷器，多間隙避雷器最重要的優(yōu)勢(shì)在于雷擊時(shí)不出現(xiàn)直接擊穿，造成線路接地。當(dāng)雷電流沿著線路進(jìn)行分流時(shí)，多間隙避雷器承受雷電流超過允許值時(shí)，多間隙避雷器內(nèi)部出現(xiàn)接通，線路出現(xiàn)短暫接地造成線路跳閘起到保護(hù)外供電線路作用，當(dāng)雷電流泄放到大地后，多間隙避雷器又能恢復(fù)正常使用，線路能重新達(dá)到送電條件。

多間隙避雷器與氧化鋅避雷器組合使用來防雷效果更佳，其安裝方法是在桿塔上電纜頭地方裝設(shè)氧化鋅避雷器，在電纜頭前后桿上裝設(shè)多間隙避雷器組合使用。

4.2工程應(yīng)用案例

以成品油管道某輸油泵為例，該泵站位于貴州省安順市，屬于強(qiáng)雷和多雷地區(qū)，輸油泵站采用雙回路供電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年9月至2021年12月，兩條外供電線路雷擊跳閘晃電22次，起重因雷電造成晃電次數(shù)就高達(dá)10次，平均每年晃電9.78次。兩條外供電線路被雷擊共造成供電中斷6次，平均每年供電中斷2.67次。每次雷擊造成避雷器擊穿、電纜頭擊穿等線路接地都要進(jìn)行搶修，給供電帶來極大不穩(wěn)定性。在采取包括降低桿塔接地電阻、更換工藝質(zhì)量好的氧化鋅避雷器、更換絕緣導(dǎo)線和絕緣橫擔(dān)、架設(shè)避雷線等措施后，雷擊跳閘率并沒有明顯下降，跳閘次數(shù)和2019年至2021年數(shù)據(jù)幾乎持平。

2022年在外供電線路加裝多間隙避雷器后，統(tǒng)計(jì)2022年至2023年4月晃電次數(shù)5次，平均每年晃電3.75次，雷電引起晃電次數(shù)1次，因雷電引起供電中斷0次，期間沒有造成任何外供電中斷搶修，極大提升了外供電的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。2019年9月至2023年4月晃點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如圖2所示，成品油輸送的“動(dòng)力”得到了重要的保障。

5、總結(jié)

根據(jù)多年運(yùn)行實(shí)踐，外供電線路防雷措施或手段雖然較為豐富，但在山區(qū)多雷強(qiáng)雷地區(qū)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定相應(yīng)方案。

積極應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備加強(qiáng)對(duì)雷電的監(jiān)測(cè)和預(yù)防，針對(duì)性地制定外供電線路的運(yùn)行維護(hù)策略，降低外供電線路被雷擊導(dǎo)致跳閘頻率是可行的。

作者單位：國家管網(wǎng)華南公司貴州輸油部