關(guān)于當(dāng)前電力線路防雷措施的不足原因研究

丁佳

（貴州省興義供電局，貴州 興義 562400）

1 線路防雷措施的不足

《省近年10kV線路雷擊跳閘情況統(tǒng)計(jì)與地形參數(shù)分析報(bào)告》(以下簡稱《報(bào)告》)對(duì)省2000～2005年間的10kV線路106次，雷擊跳閘事件中塔型、故障的相位、桿塔的地理位置等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析?！秷?bào)告》按照以往的一般經(jīng)驗(yàn),確定反擊性閃絡(luò)故障判斷原則:將三相、兩相同時(shí)閃絡(luò)的雷擊故障歸結(jié)為反擊性閃絡(luò)故障,同時(shí)在反擊性的單相閃絡(luò)中,大致認(rèn)為左、中、右三相均等,而單純性中相閃絡(luò)也歸結(jié)為反擊性閃絡(luò),且左、右兩相的單純性閃絡(luò)中分別有與中相閃絡(luò)一樣次數(shù)歸結(jié)為反擊性閃絡(luò)?！秷?bào)告》主要相關(guān)結(jié)論如下。

1.1 在10kV雷擊故障中。單回水平或三角排列的,約有2/3是反擊性故障,而約1/3是繞擊性故障;雙回垂直、鼓形排列的,繞擊率在50%～60%。說明同桿雙回線路的繞擊性雷擊故障占到雷擊故障的1/2以上。

1.2 在10kV雷擊跳閘事件中。單回水平或三角分布的,約4/5是反擊性故障,而1/5是繞擊性故障;雙回垂直分布的繞擊率在60%～70%。說明同桿雙回線路的繞擊性雷擊故障占雷擊跳閘事件的2/3以上。

2 傳統(tǒng)防雷措施存在不足的原因分析

2.1 擊距的計(jì)算

雷云中電荷密集處的電場強(qiáng)度達(dá)到2500～3000kV/km時(shí),將首先出現(xiàn)向下發(fā)展的放電,這種放電稱為先導(dǎo)放電。先導(dǎo)放電中心的線電荷密度約為(0.1～1)×10-3C/m,先導(dǎo)放電的電暈半徑約為0.6～6m,相應(yīng)先導(dǎo)放電發(fā)展時(shí)的電流約為100A。當(dāng)先導(dǎo)放電接近地面時(shí),地面較突出的部分會(huì)開始迎著它發(fā)出向上的放電,這種放電稱為迎面先導(dǎo)。迎面先導(dǎo)可以是一個(gè),也可以有幾個(gè)。當(dāng)迎面先導(dǎo)的一個(gè)與先導(dǎo)放電的一支相遇時(shí),就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的中和效應(yīng),出現(xiàn)極大的電流(數(shù)十千安培到數(shù)百千安培),并伴隨著雷鳴和閃光,這就是雷云放電的主放電階段。先導(dǎo)放電首先由地面發(fā)生并向上發(fā)展到雷云的上行雷,一般是在當(dāng)?shù)孛嬗休^高聳的突出物時(shí),不論雷云極性的正負(fù)都可能發(fā)生。由雷云向地面發(fā)展的先導(dǎo)放電通道的頭部到達(dá)與被擊物體之間的臨界擊穿距離為臨界擊距(簡稱擊距)的位置以前,擊中點(diǎn)是不確定的,如對(duì)某個(gè)物體先達(dá)到其相應(yīng)的擊距時(shí),即對(duì)該物體放電。擊距同雷電流幅值、雷電極性、被擊點(diǎn)的電位有關(guān),而并非以往所認(rèn)為的“在一定半徑范圍內(nèi)雷電打擊基本上是打擊在較高點(diǎn)”。由于土地的綜合利用要求(如線路下方種植林木、修造建筑物),以及大跨越需要,目前,輸電線路桿塔高度都很高(30m以上,甚至100m以上),導(dǎo)線上工作電壓幅值很大,較易由導(dǎo)線上產(chǎn)生迎面先導(dǎo)。

2.2 無法覆蓋、包絡(luò)暴露弧

把桿塔的塔身、頭部、橫擔(dān)等與架空地線連接的地電位部分視同地線電位。在先導(dǎo)電流值為100A、rs為2.23m時(shí),得出擊距與導(dǎo)線平均高度的關(guān)系如表1所示。

表1 擊距與導(dǎo)線平均高度的關(guān)系

由表1可知,導(dǎo)線平均高度為20～40m時(shí),rg僅為1.23～2.0m,rs僅為2.23m,這說明了雷電先向較高聳突出物放電的原因。而一般rs與rc兩者相差不大,在0.5m以內(nèi)。

2.3 線路本身存在工頻電場

雷電弧及其通道不是純金屬線性的,而是具有一定半徑的電荷通道囊,既使不使輸電線路因過電壓而發(fā)生故障,也可能因電荷通道囊跨接輸電線路的導(dǎo)、地線間,再疊加上導(dǎo)、地線間本來已有的工頻電場,而造成線路單相(導(dǎo)地線間)、多相(兩相或三相導(dǎo)線間、且可能同時(shí)加上地線)空氣擊穿而短路。

3 輸電線路防雷措施的改進(jìn)與完善

3.1 減小雷電保護(hù)角直至采用負(fù)保護(hù)角

傳統(tǒng)的雷電保護(hù)角指避雷線和邊相導(dǎo)線的連線與經(jīng)過避雷線的鉛垂線之間的夾角,其保護(hù)目的主要是保護(hù)導(dǎo)線不被雷擊中,實(shí)際上,這不但沒有把絕緣子串納入保護(hù)范圍,對(duì)導(dǎo)線也仍存在一定的繞擊可能,更無法對(duì)由側(cè)面擊來的“側(cè)擊”雷起到保護(hù)作用。

3.2 改變塔頭結(jié)構(gòu),增大導(dǎo)線間及其對(duì)構(gòu)架部件間的空氣間距

在不改變桿身、桿塔基礎(chǔ)的情況下盡可能適度改變塔頭結(jié)構(gòu),擴(kuò)大導(dǎo)線間、導(dǎo)地線間、導(dǎo)線對(duì)桿塔構(gòu)件間的凈空距離,盡可能減少建弧率。

3.3 桿塔橫擔(dān)末端裝設(shè)避雷針

絕緣子是電力線路防雷的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和部位,最容易受到雷電傷害且難以或無法恢復(fù),應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)?？膳c桿塔上端的避雷針和導(dǎo)線上方的避雷線防范來自上方的“云-地”雷直接打擊同理,在橫擔(dān)端部的外側(cè)裝設(shè)防側(cè)擊避雷針,將桿塔金屬構(gòu)件特別是橫擔(dān)端部產(chǎn)生的rs的中心往外移,使rs所形成的包絡(luò)弧最大限度地包絡(luò)、覆蓋rc所形成的暴露弧,擴(kuò)大了其包絡(luò)、覆蓋面積,將導(dǎo)線、絕緣子串、相關(guān)金具及桿塔空氣間隙納入保護(hù)范圍,可起到防范“側(cè)擊”雷的作用。

3.4 裝設(shè)線路避雷器

裝設(shè)線路避雷器以設(shè)置雷電快速釋放通道。對(duì)易受雷擊且較為重要的線路區(qū)段或修復(fù)較為困難的桿塔(如大跨越或高塔桿塔)等,安裝線路避雷器。目前的氧化鋅線路避雷器性能穩(wěn)定可靠,能較好地發(fā)揮釋放雷電過電壓的作用,有效地保護(hù)線路絕緣子和導(dǎo)線不被雷電電弧損壞。

3.5 加強(qiáng)線路絕緣

增加絕緣子串的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距,可提高線路的耐雷水平、降低建弧率,同時(shí)可提高線路的防污閃水平。

3.6 在導(dǎo)線下方裝設(shè)架空耦合地線或架設(shè)復(fù)合地線光纜

因耦合地線具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間耦合系數(shù)的作用,在架空輸電線路導(dǎo)線下方加設(shè)耦合地線,能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。利用架空輸電線路通道桿塔加掛通信光纜,光纜懸掛在鋼絞線上,或使用光纖復(fù)合架空地線(OPGW),將鋼絞線或復(fù)合地線與桿塔有效電氣連接,就可起到耦合地線的作用。

3.7 絕緣子串的首末端使用大直徑絕緣子

絕緣子串處在極不均勻電場中,如在絕緣子串的首末端使用大直徑絕緣子,尤如在絕緣子串兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)“屏障”來阻礙工頻及雷電壓在兩側(cè)電極疊加,產(chǎn)生的電暈放電電荷形成的帶電粒子運(yùn)動(dòng)并調(diào)整空間電荷分布,就如一般的“均壓環(huán)”作用,使絕緣子串所處電場較為均勻,不易擊穿,減少建弧率。如果端部大外徑絕緣子采用自爆式玻璃絕緣子,在受強(qiáng)電弧燒、灼損傷時(shí)會(huì)自爆,非常容易被發(fā)現(xiàn),便于故障點(diǎn)的查找;如果在端部使用“可拆換大外徑硅橡膠合成絕緣片”,既可起到“屏障”作用,又可在強(qiáng)電場引發(fā)建弧,電弧燒、灼損后只更換“可拆換大外徑硅橡膠合成絕緣片”,而不需整根合成絕緣子更換。

4 幾點(diǎn)結(jié)論

4.1 基于傳統(tǒng)電力線路防雷觀念下的防雷措施存在防雷效果不足的問題。

4.2 基于“雷電先導(dǎo)放電臨界擊距和暴露弧”機(jī)理的防雷觀念,提出了電力線路防雷的改善措施,對(duì)傳統(tǒng)的防雷措施進(jìn)行完善,防雷效果良好。

4.3 對(duì)于雷電對(duì)輸電線路的各種危害,不可能僅采取一種措施就能完全有效防止,也沒必要為防止各種雷電傷害而在線路同一位置采取相應(yīng)的所有防雷措施。應(yīng)根據(jù)電力線路設(shè)備所處的周圍環(huán)境及可能受到雷電傷害的主要種類,相應(yīng)采取一種或幾種防范措施組合。

[1]陸尉初.如何做好配電系統(tǒng)的防雷與接地[J].山西建筑，2008，05，01.