500kV架空輸電線路防雷電設(shè)計(jì)技術(shù)的探討

夏立偉　王曉冬　黃琪

摘 要：為了解決我國500kv架空輸電線路的安全供電與用電問題，例如雷電等自然現(xiàn)象對安全用電的影響，文章分析了超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)在雷電時(shí)產(chǎn)生跳閘的原因，并在進(jìn)行輸電網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)時(shí)，提出了一些更合理和科學(xué)的避雷措施，以提高高壓輸電安全問題。

關(guān)鍵詞：高壓輸電防雷設(shè)施；安全用電；技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.180

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，世界對于高空的用電安全問題越來越重視，尤其是架空輸電的安全問題。今年來，電網(wǎng)的發(fā)展越來越迅速，雷電引起的安全問題也越來越突出，根據(jù)國家的不完全統(tǒng)計(jì)顯示，我國的高頻跳閘區(qū)域中，以雷擊引起的電閘跳閘次數(shù)最多，約占總高壓線路跳閘事故總數(shù)的50%～70%。特別是在雷陣雨頻發(fā)的地區(qū)，雷電所引發(fā)的安全事故次數(shù)更為頻繁，已經(jīng)帶來了莫大的損失。

現(xiàn)階段，某些地區(qū)環(huán)境問題不斷惡化，導(dǎo)致天氣異常，由此引發(fā)的輸電掉閘問題也不斷加重，這不僅影響設(shè)備的正常運(yùn)行，還對當(dāng)?shù)氐木用竦娜粘Ｉ钣兄薮蟮挠绊憽?/p>

1 雷擊現(xiàn)象的成因及分析

雷擊現(xiàn)象可以分為直擊、反擊和繞擊。

（1）直擊即雷電直接撞擊到鐵塔尖部，雷電的反擊現(xiàn)象指的是由于接地電阻過高使得塔頂?shù)碾娢贿^高。直擊和反擊的現(xiàn)象類似，其塔頂?shù)慕^緣效果在規(guī)定中有著統(tǒng)一的規(guī)定。而繞擊的現(xiàn)象和直擊反擊有著較大的差異。繞擊是造成高壓送點(diǎn)跳閘的重要因素。解決繞擊問題是今后解決防雷的工作重心。

雷電的直擊和反擊造成的跳閘電流一般比較大，在通常采用的500kV的輸電線路中，其耐雷水平一般是150kA。一般來說，雷電反擊有如下特點(diǎn)：線路中多出現(xiàn)的多相故障一般是直擊造成的；水平排列的中相故障多是反擊造成的；導(dǎo)地線之間的放電現(xiàn)象多是由雷電直、反擊造成的；僅單次的跳閘就造成多級鐵塔閃絡(luò)，就有可能經(jīng)歷了直擊和反擊。

（2）雷電繞擊產(chǎn)生的電流較小。繞擊是雷電繞經(jīng)導(dǎo)線引起絕緣閃絡(luò)的現(xiàn)象。一般來說，500kV的輸電網(wǎng)絡(luò)中的繞擊耐雷水準(zhǔn)是23kA，各種數(shù)據(jù)都顯示出在山區(qū)中普遍存在著繞擊現(xiàn)象。然而繞擊也有著明顯的特征：繞擊通常只造成單相故障；可能造成非線夾部位燒融；水平排列的中相不可能跳閘而其邊相則有可能繞擊；導(dǎo)線保護(hù)角與塔高影響著雷電繞擊的可能性，且電流幅值越大，繞擊可能就會相應(yīng)的減小。

（3）接地電阻的減小和加裝耦合地線對降低雷電反擊有著積極影響；而安裝避雷針、減小避雷線保護(hù)角和加裝避雷裝置可以降低繞擊故障。差絕緣配置會對多回路電路有一定的積極效果。

當(dāng)然，并不排除雷電直接擊中輸送線中央，但是根據(jù)電氣原理，只要滿足地線和導(dǎo)線的距離符合S=0.012L+1這種情況幾乎不可能發(fā)生。這種情況在鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮過了。

（4）有關(guān)直接雷過電壓的認(rèn)識。當(dāng)雷電擊中避雷線或者鐵塔頂部時(shí)，由于雷擊點(diǎn)的阻抗的存在，所以雷擊點(diǎn)的地點(diǎn)為大為提升。如果該點(diǎn)的電位和導(dǎo)線的電位差一旦超過絕緣層容許的臨界值，就將發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就是所謂的反擊現(xiàn)象。

雷電如果直接擊中導(dǎo)線就會發(fā)展生繞擊。

雷過電壓的主要收到以下參數(shù)的影響：U50%、接地電阻、導(dǎo)線保護(hù)角、鐵塔的高度、山體的斜度和地線的位置。針對以上的參數(shù)我們進(jìn)行以下簡單的分析。

上述的6個(gè)參數(shù)中，可控性相對較高的是U50%。導(dǎo)線保護(hù)角和接地電阻3個(gè)因素，這些因素可以進(jìn)行改善；相對比而言，山體斜度、鐵塔高度的控制的可實(shí)現(xiàn)性就相對來說低一些。

2 針對5000kV的超高壓架空輸電線路的防雷電技術(shù)的分析

2.1 降低鐵塔的接地電阻

由于多種原因?qū)斐蓷U塔的接地電阻的增加，下面將做較為詳盡的說明。

（1）由于有些地區(qū)的土壤呈現(xiàn)酸性特性，有些地區(qū)的風(fēng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這些地方都容易使得鐵塔根部發(fā)生電化學(xué)現(xiàn)象和吸氧腐蝕。因?yàn)檫@種化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生多發(fā)生在鐵塔的接地的根部，因此可能會使得鐵塔的根部斷裂，以至于出現(xiàn)“失地”的現(xiàn)象造成接地電阻的上升。有些地區(qū)由于土壤深度原因，使得鐵塔的埋土深度不夠，甚至在埋土?xí)r，用沙子等導(dǎo)電性不好的物質(zhì)回填，更容易發(fā)生吸氧腐蝕，從而失去接地。

（2）山坡地帶多易發(fā)生水土流失，這樣同樣會使鐵塔的接地效果不良。

（3）在進(jìn)行桿塔的接地處理時(shí)，可能使用的化學(xué)降阻劑隨著時(shí)間的推移，逐漸流失或者失去作用，導(dǎo)致接地電阻驟然上升。

（4）外力破壞也會使得桿塔的接地效果衰退。

2.2 調(diào)整架空地線保護(hù)角

減小導(dǎo)線的保護(hù)角對減小繞擊率有著明顯的效果。正常情況下，500kV的保護(hù)角在15°甚至之下。

一般來講，需要在雷雨頻發(fā)區(qū)域進(jìn)行保護(hù)角間隙調(diào)整。

2.3 安裝架空地線避雷針

加裝避雷裝置可以有效的增強(qiáng)屏蔽作用，可以降低繞擊的概率，將繞擊轉(zhuǎn)變?yōu)榉磽羧缓筮M(jìn)行控制調(diào)整，極大地降低雷擊跳閘率。實(shí)驗(yàn)和事實(shí)也證明這種措施是有效的。

2.4 安裝線路可控放電避雷針

線路可控放電避雷針可以在雷擊電壓超載時(shí)，給雷擊電流一個(gè)阻值較低的通道，使得雷擊電流順利流向大地而對架空輸電線路的影響降到最低。加入了這種裝置后，雷擊電流將有一部分流入相鄰桿塔，另一些流入大地。當(dāng)雷擊電流過大時(shí)，將會產(chǎn)生一小部分分流，這些電流經(jīng)導(dǎo)線達(dá)到相鄰桿塔。由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會在導(dǎo)線和避雷線間出現(xiàn)耦合分量，這種分量使得導(dǎo)線的電位升高，將降低導(dǎo)線和塔頂?shù)碾妱莶?，從而絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。

3 總結(jié)

經(jīng)過因?yàn)辄c(diǎn)擊導(dǎo)致線路故障的跳閘分析，提出了多種解決方案和預(yù)防措施，提高了高架輸電的安全性和可靠性，并且保護(hù)戶了高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，為今后的線路防雷工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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