高壓輸配電線(xiàn)路的防雷措施探討

摘要：我國(guó)很多高壓輸配電線(xiàn)路建設(shè)在地廣人稀的區(qū)域，極易受到雷電的影響，進(jìn)而導(dǎo)致電路跳閘的情況頻發(fā)，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活。對(duì)此，首先對(duì)高壓輸配電線(xiàn)路雷擊的危害進(jìn)行介紹；然后對(duì)高壓輸配電線(xiàn)路防雷技術(shù)進(jìn)行分析；最后，結(jié)合實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)高壓輸配電線(xiàn)路的防雷措施展開(kāi)詳細(xì)研究，并制訂相關(guān)解決方案，以保證輸配電線(xiàn)路的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力水利水電高壓輸配電線(xiàn)路防雷

DiscussiononLightningProtectionMeasuresforHigh-VoltageTransmissionandDistributionLines

JIANGWei1HEKunlong2*

1.QitaiBranchofWujiaquPowerGenerationCo.，Ltd.，ChinaThreeGorgesRenewables（Group）Co.，Ltd.，Changji，XinjiangUygurAutonomousRegion，831100China;2.GuizhouAnshunSanchawan HydroelectricPowerGenerationCo.，Ltd.，Anshun，GuizhouProvince，561200China

Abstract：Manyhigh-voltagetransmissionanddistributionlinesinourcountryarebuiltinvastandsparselypopulatedareas，whicharehighlysusceptibletotheimpactoflightning，leadingtofrequentcircuittripsandseriouslyaffectingpeople'sproductionandlife.Inthisregard，thisarticlefirstlyintroducesthehazardsoflightningstrikesonhigh-voltagetransmissionanddistributionlines，thenanalyzesthelightningprotectiontechnologyofhigh-voltagetransmissionanddistributionlines，andfinallycombinesexamplestoconductdetailedresearchonlightningprotectionmeasuresforhigh-voltagetransmissionanddistributionlines，andformulatesrelevantsolutionstoensurethenormaloperationoftransmissionanddistributionlines.

KeyWords：Power;Waterconservancyandhydropower;High-voltagetransmissionanddistributionlines;Lightningprotection

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，輸配電線(xiàn)路在供電系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在高壓輸配電線(xiàn)路建設(shè)運(yùn)行中，會(huì)受到各種因素的影響，其中，雷電現(xiàn)象較為常見(jiàn)。雷擊現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致輸配電線(xiàn)路出現(xiàn)故障，進(jìn)而引發(fā)跳閘，嚴(yán)重影響居民的日常生活及企業(yè)正常生產(chǎn)。因此，需重視輸配電線(xiàn)路防雷工作，依據(jù)地區(qū)周?chē)h(huán)境的狀況，制訂出相關(guān)的解決方案，進(jìn)而保障供電的穩(wěn)定性。

1高壓輸配電線(xiàn)路雷擊的危害

在建設(shè)輸配電線(xiàn)路項(xiàng)目過(guò)程中，大多數(shù)部件的材料都屬于金屬類(lèi)型，由于金屬的導(dǎo)電性能較強(qiáng)，因此，電線(xiàn)被雷電擊中的概率比較大，存在一定的危險(xiǎn)性。當(dāng)輸配線(xiàn)路被雷電擊中時(shí)，電流通過(guò)金屬材質(zhì)的部件產(chǎn)生感應(yīng)電流，輸配電線(xiàn)路中存在的感應(yīng)電流會(huì)迅速增加輸配電線(xiàn)路的電壓值，導(dǎo)致輸配電線(xiàn)路故障的概率增加，若出現(xiàn)較為嚴(yán)重的雷擊現(xiàn)象，整個(gè)輸配電線(xiàn)路將會(huì)失效。高壓輸配電線(xiàn)路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1線(xiàn)路雷電直擊危害

在一般情況下，雷電直擊出現(xiàn)的幾率較小，對(duì)輸配電線(xiàn)路產(chǎn)生的影響較低。但雷電直擊會(huì)形成巨大的電流和破壞力，若被擊中，會(huì)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。雷電在擊中避雷裝置時(shí)，輸配電線(xiàn)路會(huì)受到一定程度的損壞，這種情況下，雷電中的巨大電流會(huì)直接影響到接地電阻設(shè)備。在設(shè)置有避雷措施的地區(qū)，若被雷電直擊，則此地區(qū)電位數(shù)值出現(xiàn)較低，發(fā)生反擊的現(xiàn)象較為少見(jiàn)[1]。

1.2線(xiàn)路雷電反擊危害

在發(fā)生雷電反擊現(xiàn)象時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的電流，使避雷裝置、高壓塔等相關(guān)設(shè)備受到破壞，在此電流直擊地面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接地電壓數(shù)值快速提升。

1.3線(xiàn)路雷電繞擊危害

在全部輸配電線(xiàn)路中設(shè)置避雷設(shè)備，可降低發(fā)生雷擊的概率。在安裝避雷設(shè)備的輸配電線(xiàn)路中，雖然依然可能發(fā)生雷擊的現(xiàn)象，但是，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)雷電可避開(kāi)避雷設(shè)備直擊導(dǎo)線(xiàn)，此現(xiàn)象被稱(chēng)為雷電繞擊。當(dāng)發(fā)生輸配電線(xiàn)路被雷電繞擊時(shí)，容易出現(xiàn)閃絡(luò)的情況，會(huì)對(duì)居民生活造成影響。雷電繞擊中產(chǎn)生的電流會(huì)避開(kāi)各類(lèi)防雷設(shè)備，并通過(guò)各類(lèi)金屬材質(zhì)組件的導(dǎo)電性能將產(chǎn)生的電流導(dǎo)入地面，塔的上端電位值迅速增加，導(dǎo)致絕緣層被點(diǎn)燃損壞，使周?chē)用竦纳?cái)產(chǎn)無(wú)法得到保障[2]。

2高壓輸配電線(xiàn)路防雷技術(shù)

2.1防雷線(xiàn)安裝

在高壓輸配電線(xiàn)路設(shè)置防雷線(xiàn)，可減少被雷電擊中的概率，對(duì)此，需盡可能地避免雷電直擊電線(xiàn)，降低雷電產(chǎn)生的電流值。在建設(shè)防雷線(xiàn)過(guò)程中，需保障架空地線(xiàn)布置的合理性，并控制好防雷線(xiàn)的布置角度。在地廣人稀的地區(qū)，應(yīng)采用有效的保護(hù)措施，因?yàn)樵摰貐^(qū)出現(xiàn)雷擊事故概率較大。在防雷線(xiàn)設(shè)計(jì)方面，需應(yīng)用材質(zhì)較好的金屬材料，并且保證其符合相關(guān)規(guī)定。

2.2降低桿塔與土壤的接地電阻

1. 在應(yīng)用水平接地體時(shí)，可將其規(guī)劃在高壓塔周?chē)哂袑?dǎo)電性質(zhì)的土地、河流、水庫(kù)等并離高壓塔較遠(yuǎn)處。由于水平接地體覆蓋在泥土中，容易出現(xiàn)生銹的現(xiàn)象，因此，需根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)其進(jìn)行定期檢修。（2）在應(yīng)用接地降阻劑時(shí)，需在水平接地體四周撒入防腐劑，此防腐劑可發(fā)揮降阻作用，減少泥土中電阻值。

2.3架設(shè)耦合地線(xiàn)

當(dāng)高壓塔被雷電擊中出現(xiàn)閃絡(luò)反擊現(xiàn)象時(shí)，為確保建設(shè)輸配電線(xiàn)路正常運(yùn)行，技術(shù)員需應(yīng)用增大耦合系數(shù)的方法減少接地電阻數(shù)值和電感的強(qiáng)度，為線(xiàn)路防雷功能提高相應(yīng)的保障。若高壓塔被雷電擊中，極易出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)的情況，對(duì)此，技術(shù)員需應(yīng)用桿塔接地射線(xiàn)電磁感應(yīng)技術(shù)提升所有線(xiàn)路的耦合地系數(shù)。在雷擊災(zāi)害高發(fā)地區(qū)，需在四周建設(shè)架空地線(xiàn)，若此線(xiàn)路被雷擊中，可應(yīng)用分流方式和耦合的方式對(duì)雷電電流進(jìn)行相應(yīng)的處理，減少雷電對(duì)塔桿的影響，為輸配電線(xiàn)路正常運(yùn)行提供保障[3]。

2.4采用不平衡絕緣

當(dāng)高壓輸配電線(xiàn)路被雷電擊中后，若普通的放電防雷設(shè)施無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙回線(xiàn)在同一時(shí)間段放電跳閘，則可應(yīng)用平衡性較強(qiáng)的電絕緣。兩條電路中所安裝的復(fù)合絕緣子的數(shù)量各不相同，可減少發(fā)生停電的概率，確保電力的正常供應(yīng)。

2.5避雷器安裝

在當(dāng)前的輸配電線(xiàn)路中安裝防雷設(shè)備時(shí)，可依據(jù)該地區(qū)環(huán)境狀況采用以下兩種防雷方式，分別是閥式和管式。在應(yīng)用閥式防雷裝置時(shí)，需對(duì)沖擊放電電壓等相關(guān)內(nèi)容做好有效的控制。在應(yīng)用管式防雷裝置時(shí)，可有效地解決放電過(guò)程中由工頻轉(zhuǎn)動(dòng)形成的供電故障，因此，管式防雷設(shè)備被大范圍推廣應(yīng)用。

2.6安裝自動(dòng)重合裝置

高壓塔在被雷電擊中時(shí)，導(dǎo)致高壓輸配電線(xiàn)路發(fā)生跳閘現(xiàn)象。由于雷擊的電流存在時(shí)間較短，當(dāng)出現(xiàn)閃絡(luò)性故障后會(huì)迅速消失。在建設(shè)高壓輸配電線(xiàn)路過(guò)程中，需安裝自動(dòng)重合閘裝置，可保障居民用電不受影響。

2.7減少桿塔接地電阻，安裝可控放電避雷針

在開(kāi)展防雷擊工作時(shí)，技術(shù)員可應(yīng)用加載導(dǎo)電接地模塊方式和深埋式接地處理方式，有效降低高壓塔桿的電阻數(shù)值，確保輸配電線(xiàn)路防雷裝置的有效性。例如，110～500kV架空線(xiàn)路耐雷水平與桿塔接地電阻間的關(guān)系如表1所示，為了提升防雷保護(hù)的效果，需減少高壓桿塔接地電阻值，并對(duì)線(xiàn)路的抗壓性進(jìn)行提升，進(jìn)而減少發(fā)生跳閘的概率。如果高壓塔桿電阻值比較高的地區(qū)發(fā)生接地故障，則需應(yīng)用布設(shè)接地極的方式解決。在建設(shè)高壓輸配電線(xiàn)路防雷裝置時(shí)，首先需做好防腐工作，再應(yīng)用加工角鋼的方法將高壓桿塔接地極設(shè)置長(zhǎng)度控制在1.6m左右、桿塔之間的距離控制在6m之內(nèi)，并安裝放電防雷針，當(dāng)遇到雷擊時(shí)，即可將對(duì)其造成的損壞降到最低[4]。

3高壓輸配電線(xiàn)路防雷措施應(yīng)用實(shí)例

3.1工程概況

在某高壓輸變電工程建設(shè)中，該項(xiàng)目普通線(xiàn)路全長(zhǎng)是751.7km。該項(xiàng)目推薦雷電天數(shù)為40d/a，根據(jù)該地區(qū)以往的氣象資料顯示，沿線(xiàn)輸電線(xiàn)路雷暴天數(shù)為30d/a左右，總線(xiàn)路年均雷電日數(shù)為25～40d/a。在建設(shè)高壓輸配電線(xiàn)路時(shí)，需設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的防雷方案。

3.2耐雷特性計(jì)算

該項(xiàng)目應(yīng)用以下三種絕緣子串塔形，分別是Y形絕緣子串、V形緣子串及I形緣子串。在塔頭設(shè)計(jì)方法中應(yīng)用V形緣子串，上端橫擔(dān)處設(shè)計(jì)距離空隙為7.0m，各層之間距離為20.8m。在該項(xiàng)目中，V形緣子串和Y形緣子串的空隙距離大致相同。在進(jìn)行線(xiàn)路耐雷特征運(yùn)算分析時(shí)，需對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算[5]。

3.2.1反擊跳閘率

高壓塔桿的工頻接地電阻在10～30Ω，線(xiàn)路運(yùn)轉(zhuǎn)于1000kV，在單回線(xiàn)路中，反擊耐雷值在235～228kA。雙回線(xiàn)路同時(shí)出現(xiàn)反擊閃絡(luò)現(xiàn)象的概率較小，當(dāng)一回線(xiàn)路的反擊耐雷值在182～195kA時(shí)，高壓桿塔工頻接地電阻值為1～5Ω。當(dāng)應(yīng)用V形絕緣子串、桿塔高為65m時(shí)，同塔雙回線(xiàn)路值可到達(dá)1000kV。

3.2.2繞擊跳閘率

當(dāng)特高壓V形絕緣子串同塔雙回輸配電線(xiàn)路受到雷擊后，可應(yīng)用電氣幾何模型法對(duì)雷電繞擊數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)高壓桿塔的線(xiàn)路繞擊跳閘率計(jì)算時(shí)，按照平原地貌的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，得出輸電線(xiàn)路地面斜角處數(shù)值為0°。對(duì)高壓桿塔的繞擊跳閘率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果是0.013次/（100km·a）。

3.2.3雷擊跳閘率

先計(jì)算出反擊跳閘率的數(shù)值，再計(jì)算出線(xiàn)路繞擊跳閘率的數(shù)值，將兩個(gè)數(shù)值相加，可得出線(xiàn)路雷擊跳閘率的數(shù)值。當(dāng)交流500kV同塔雙回輸配電線(xiàn)路受到雷擊災(zāi)害影響時(shí)，則跳閘率達(dá)到0.17次/（100km·a）；如果高壓同塔雙回輸配電線(xiàn)路被雷電擊中后，跳閘率在0.14～0.17次/（100km·a）。

3.3周邊區(qū)域規(guī)劃

在建設(shè)輸配電線(xiàn)路項(xiàng)目過(guò)程中，需勘察線(xiàn)路周?chē)貐^(qū)環(huán)境，并根據(jù)線(xiàn)路40m內(nèi)的山地、樹(shù)林及建筑物等體積較大的物質(zhì)進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)于可能引起雷電繞擊現(xiàn)象的物質(zhì)，均要求全面清除，防止安全事故的發(fā)生。

3.4設(shè)置避雷裝置

在建設(shè)防雷項(xiàng)目過(guò)程中，對(duì)于高壓塔桿點(diǎn)位，應(yīng)盡量不移動(dòng)其位置，防止發(fā)生絕緣子閃絡(luò)的現(xiàn)象，并科學(xué)、合理地設(shè)置防雷設(shè)備。在防雷設(shè)備方面，可選用多種防雷裝置。依據(jù)該項(xiàng)目建設(shè)相關(guān)要求，可采用以下兩種防雷裝置：（1）采用無(wú)間隙類(lèi)型防雷裝置時(shí)，可連接在導(dǎo)線(xiàn)中吸收雷擊的電流，具有使用期限較長(zhǎng)的特點(diǎn)；（2）在超高壓、特高壓等輸配電線(xiàn)路中，可應(yīng)用帶串間隙型防雷設(shè)備，通過(guò)空氣間隙可直接連接導(dǎo)線(xiàn)，在電流的作用下，可充分發(fā)揮防雷效果，同時(shí)還具有間隙隔離性能。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高壓輸配電線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生雷擊的概率較大，若發(fā)生雷擊現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的損壞及生產(chǎn)生活受到嚴(yán)重影響。對(duì)此，需重視對(duì)輸配電線(xiàn)路的防雷設(shè)施，并科學(xué)、合理地規(guī)劃防雷裝置，可有效降低輸配電線(xiàn)路出現(xiàn)雷擊事故和跳閘概率。

參考文獻(xiàn)

[1]曾誠(chéng).混壓輸電線(xiàn)路雷電過(guò)電壓與防雷特性分析[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2020.

[2]El-DrienySA，El-SaadawiMM，MetwallyIA.ExperimentalAnalysisofImpulseCharacteristicsofGroundingGridswithandwithoutRods.（Dept.E）[J].EgyptsPresidentialSpecializedCouncilforEducationandScientificResearch，2020（2）：26-28.

[3]張舒涵.區(qū)域電網(wǎng)綜合防雷技術(shù)研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2022.

[4]彭向陽(yáng)，鄧冶強(qiáng)，王羽，等.基于引雷塔陣列的輸電線(xiàn)路主動(dòng)防雷和區(qū)域防雷效果評(píng)估[J].高電壓技術(shù)，2022，48（3）：1077-1088.

[5]曹偉，萬(wàn)帥，谷山強(qiáng)，等.±800kV直流線(xiàn)路避雷器在錦蘇線(xiàn)上的應(yīng)用[J].高壓電器，2020，56（5）：209-215.