淺議輸電線路的防雷保護(hù)

傅震輝

摘要：隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，輸電網(wǎng)絡(luò)越來越密集。雷擊引起的輸電線路跳閘故障也日益增多，不僅影響設(shè)備的正常運(yùn)行，而且極大地影響了日常的生產(chǎn)、生活。雷擊已成為影響輸電線路安全可靠運(yùn)行的最主要因素。筆者根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，積極開展對(duì)等試驗(yàn)研究工作，分析了線路防雷的基本任務(wù)和防雷設(shè)計(jì)的方法，并找到許多有效的防范措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路防雷保護(hù)措施

河源電網(wǎng)位于廣東電網(wǎng)粵東主通道上，有3個(gè)縣緊挨江西革命老區(qū)?，F(xiàn)有的35-500kV相關(guān)輸電線路約3500多公里，約80%均分布在山區(qū)，線路所經(jīng)地區(qū)為多雷區(qū)。地處粵東北部的河源電網(wǎng)，地區(qū)年均雷暴日達(dá)70日以上，線路雷擊跳閘是整個(gè)電網(wǎng)跳閘的重要原因，經(jīng)常占到跳閘總數(shù)的80%以上。所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障，進(jìn)而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。

一、輸電線路防雷保護(hù)的基本任務(wù)

采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上合理的措施，將雷擊事故減少到可以接受的程度，以保證供電的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，是線路防雷的基本任務(wù)，包括以下四個(gè)方面：

（一）不繞擊。用避雷線或改用電纜等措施，盡量使雷不繞擊到導(dǎo)線上。

（二）絕緣子不閃絡(luò)。用改善接地或加強(qiáng)絕緣等措施，使避雷線或桿塔受雷擊后，絕緣子不閃絡(luò)。

（三）不建立穩(wěn)定工頻電弧。即使絕緣子串閃絡(luò)，也要它盡量不轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，開關(guān)不跳閘。為此應(yīng)減少絕緣子的工頻電場強(qiáng)度或者電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧圈地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動(dòng)消除，不致引起相間短路和跳閘。

（四）不中斷電力供應(yīng)。這是最后一道防線，即使開關(guān)跳閘也不中斷電力供應(yīng)。在送電線路防雷中，允許有一小部分雷擊引起線路絕緣子閃絡(luò)，然后用減少建弧率以及自動(dòng)重合閘的辦法，把雷害引起的停電事故數(shù)減少到可以接受的程度。

二、輸電線路防雷設(shè)計(jì)方法

目前，我國輸電線路的防雷保護(hù)有很多形式。在選擇輸電線路的防雷設(shè)施時(shí)，應(yīng)按照當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒?dòng)情況、系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式、輸電線路的絕緣情況、有無自動(dòng)重合閘或備用自投裝置、負(fù)荷的重要程度等各項(xiàng)條件來綜合考慮，并按照技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果來作出決定采用最佳保護(hù)方案。在輸電線路防雷設(shè)計(jì)中，必須緊密結(jié)合當(dāng)前電力生產(chǎn)和建設(shè)的實(shí)際情況，不斷收集和積累各種數(shù)據(jù)和資料，經(jīng)?？偨Y(jié)防雷保護(hù)工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出新的更加有效的保護(hù)技術(shù)措施，制造相應(yīng)的保護(hù)裝置，以滿足不斷發(fā)展的電網(wǎng)的需要。為了保證防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)技術(shù)的先進(jìn)性和設(shè)計(jì)方案的合理性，必須根據(jù)當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)情況和電力網(wǎng)的具體特點(diǎn)等，進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。

三、輸電線路防雷措施

（一）架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時(shí)還具有分流作用、耦合作用和屏蔽作用，從而減小流經(jīng)桿塔的雷電流，以降低塔頂電位，減小線路絕緣子的電壓，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價(jià)中所占的比重也愈低。因此，從理論上來說，110kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路均應(yīng)全線架設(shè)避雷線。同時(shí)，為了提高避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率，避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角以20°～30°為宜。220kV及330kV雙避雷線線路應(yīng)做到20°左右，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角以15°為宜。

（二）安裝線路避雷器

近年來，隨著金屬氧化物避雷器技術(shù)的成熟，以及制造成本的降低，在輸電線路運(yùn)用避雷器保護(hù)已經(jīng)逐漸被人們認(rèn)同，國內(nèi)外已有充分的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，安裝避雷器的桿塔基本上不出現(xiàn)雷擊跳閘，目前我國各地都在大量進(jìn)行應(yīng)用。加裝線路避雷器以后，當(dāng)輸電線路遭受雷擊時(shí)，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當(dāng)雷電流超過一定值后，避雷器動(dòng)作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因?yàn)楸芾灼鞯姆至鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導(dǎo)線電位提高，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進(jìn)行防雷的明顯特點(diǎn)。

線路避雷器有兩種類型，即帶串聯(lián)間隙和無串聯(lián)間隙兩種，因運(yùn)行方式不同和電站避雷器相比在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也有所區(qū)別。線路避雷器安裝時(shí)應(yīng)注意：要選擇多雷區(qū)且易遭雷擊的輸電線路桿塔，最好在兩側(cè)相臨桿塔上同時(shí)安裝；垂直排列的線路可只裝上下兩相；安裝時(shí)盡量不使避雷器收力，并注意保持足夠的安全距離；避雷器應(yīng)順桿塔單獨(dú)敷設(shè)接地線，其截面不小于25平方毫米，盡量減小接地電阻的影響。

（三）降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻是影響塔頂電位的重要參數(shù)，對(duì)于一般高度的桿塔，當(dāng)桿塔型號(hào)、尺寸與絕緣子型號(hào)和數(shù)量確定后，降低桿塔接地電阻對(duì)提高架空送電線路耐雷水平、減少反擊概率是非常有效的。當(dāng)桿塔型式、尺寸和絕緣子型式、數(shù)量確定后，影響線路反擊耐雷水平的主要因素則是桿塔接地電阻的阻值。各種電壓等級(jí)，線路耐雷水平均隨桿塔接地電阻的增加而降低。依據(jù)雷電流幅值累積概率分布的固有特點(diǎn)：低幅值雷電流出現(xiàn)的概率明顯大于高幅值雷電流出現(xiàn)的概率。由此可知，隨著系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的提高，桿塔接地電阻的作用將變得更加重要。根據(jù)不同地形、土質(zhì)，采取不同的改造接地網(wǎng)的技術(shù)方法，可有效降低所改造桿塔的接地電阻。實(shí)踐證明，改善接地是很有效的防雷改進(jìn)措施。

（四）架設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，可以采用在導(dǎo)線下方架設(shè)地線的措施，其作用是增加避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用以降低絕緣子串上的電壓。此外，耦合地線還可增加對(duì)雷電流的分流作用。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，耦合地線對(duì)降低雷擊跳閘率的作用是很顯著的，尤其在山區(qū)的線路其效果尤為明顯。

（五）保護(hù)間隙防雷

在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，保護(hù)間隙被擊穿時(shí)，要發(fā)生短路現(xiàn)象，其原因是保護(hù)間隙擊穿時(shí)，就和中性點(diǎn)接地處形成單相短路回路。在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，當(dāng)兩相間隙同時(shí)擊穿時(shí)，就要發(fā)生相間短路。由于間隙擊穿時(shí)不能自動(dòng)滅弧，所以會(huì)引起電源側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘，從而對(duì)輸電線路及其設(shè)備起到保護(hù)作用。

（六）裝設(shè)自動(dòng)重合閘

眾所周知，山區(qū)的輸電線路，特別是架設(shè)在雷電活動(dòng)頻繁的山上的線路，線路雷擊跳閘是不可避免的，重合閘裝置是則不失為線路防雷的好辦法。這樣可提高重合閘裝置動(dòng)作的可靠性，有效地保證雷擊跳閘后的供電可靠性。雙回線路雷擊同時(shí)跳閘次數(shù)約占總雷擊跳閘次數(shù)的70%，為此應(yīng)盡量減小雷電反擊造成的同塔雙回線路同時(shí)跳閘率（雷電繞擊因雷電流較小，一般不會(huì)造成雙回線路同時(shí)跳閘），可在原有同塔雙回線路桿塔上采用不平衡絕緣方式，即在其中一回線路中增加2片絕緣子，來提高該回線路的耐雷水平，而另一回線路保持原有絕緣水平不變。這樣，雷擊桿塔時(shí)弱絕緣的一回線路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線又相當(dāng)于地線，增加了對(duì)強(qiáng)絕緣回路導(dǎo)線的耦合作用，使其不跳閘。

四、輸電線路的維護(hù)

為了防止雷擊跳閘停電，除了在防雷技術(shù)上多做研究之外，應(yīng)該定期對(duì)輸電線路進(jìn)行管理與檢修。應(yīng)根據(jù)地形條件和氣候條件等綜合考慮運(yùn)行方式，并對(duì)防雷設(shè)備的接地情況進(jìn)行檢查，在輸電線路管理中，要增加巡視站，定期清理線行下的樹枝等；盡量避免電能在輸電網(wǎng)中的損耗，降低損耗可以通過加強(qiáng)電力網(wǎng)的維護(hù)工作來實(shí)現(xiàn)，其維護(hù)工作主要是定期清掃線路、變壓器、斷路器等的絕緣子和絕緣套管等。值得一提的是，我們在實(shí)際工作中，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的運(yùn)行方式、防止雷擊永久性故障和降低雷擊跳閘率，還要根據(jù)線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)、清理線行周圍的不利因素、加裝線路避雷器和接地電阻監(jiān)測等措施，以降低雷電天氣對(duì)輸電線路造成的危害。

五、結(jié)語

綜合上述，對(duì)于防止架空配電線路導(dǎo)線雷擊斷線措施是多種多樣的，各有優(yōu)缺點(diǎn)，隨著防雷擊術(shù)的研究和發(fā)展，輸電線路防雷的保護(hù)措施會(huì)越來越多，在實(shí)際中，輸電線路的防雷保護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，綜合治理，并重視和加強(qiáng)管理和維護(hù)檢修，定能有效地防止雷電對(duì)電網(wǎng)造成的損害，確保電網(wǎng)安全。

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