探索配網(wǎng)線路防雷技術(shù)方案

張 科 戴長(zhǎng)法

國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司長(zhǎng)沙市望城區(qū)供電分公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

引言

長(zhǎng)期以來，我國(guó)在線路防雷保護(hù)方面更多沿用“事后修補(bǔ)”的管理理念和管理模式，實(shí)際運(yùn)行效果并不理想。我國(guó)防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及防雷計(jì)算也普遍缺乏適用的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。由于雷電活動(dòng)受區(qū)域內(nèi)地貌地形、氣候因素影響十分顯著，各地域、季節(jié)的雷電災(zāi)害特征差異性很大，加上雷電活動(dòng)有較強(qiáng)的隨機(jī)性，使得傳統(tǒng)雷電參數(shù)取值方法具有明顯的局限性。防雷設(shè)計(jì)，在配電線路設(shè)計(jì)中十分重要，是影響線路安全的決定性因素。為提高配電線路的防雷擊水平，很多國(guó)家都采取了不同的措施和方法，并進(jìn)行了對(duì)比和分析，保證人們的日常生活不受其影響。

1 雷電的產(chǎn)生和對(duì)配電線路的危害

雷電是大自然一種最為常見的自然現(xiàn)象，關(guān)于雷電的形成原因，目前還沒有完全統(tǒng)一的解釋。普遍的認(rèn)為都是大氣中的水蒸氣過于飽和，然后遇到冷空氣形成水滴，水滴在上升氣流的作用下被分解成帶有電荷的水滴，然后又重新結(jié)合形成烏云，帶有不同電荷的烏云將空氣間隙擊穿并且放電，也就形成了我們常說的“雷電”。

雷電的危害是非常嚴(yán)重的，它能在一瞬間釋放巨大能量，這些被釋放出來的強(qiáng)勁電流對(duì)配電線路和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生巨大危害。常見的配電線路都是常年暴露在戶外的，所以遭遇雷擊的概率非常大。雷電又通常有兩種形式，一種就是直擊雷電，在雷電發(fā)生時(shí)可直接對(duì)輸電設(shè)備和線路造成損壞，且非常嚴(yán)重，常常是致命的。另一種是間接的，通過感應(yīng)電壓對(duì)周圍的線路造成損壞，影響配電線路的安全運(yùn)行。

2 雷擊配電線路的原因分析

2.1 質(zhì)量原因 避雷裝置的質(zhì)量不合格或者長(zhǎng)期遭受雷電襲擊導(dǎo)致避雷器效果不佳，使避雷器的存在形同虛設(shè)。儀器設(shè)備使用方法不合理，接地電阻的不規(guī)范使用都能為日后的雷擊事件留下隱患。由于一部分的開關(guān)、配變、鐵塔等的接電線被盜，使避雷設(shè)備失去保護(hù)，接地線路被盜，在發(fā)生雷電時(shí)，不能及時(shí)的連接而直擊線路或者避雷器。

2.2 設(shè)計(jì)原因 配電線路使用的針式絕緣子，其線路擋路跨度通常較大，在抵御強(qiáng)風(fēng)暴雨、雷電、臺(tái)風(fēng)上效果顯著，但其在應(yīng)用時(shí)也時(shí)常存在缺陷和弊端，如其內(nèi)部發(fā)生擊穿時(shí)，仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故障極其不容易被發(fā)現(xiàn)，即便線路已遭受雷電攻擊也無法在第一時(shí)間進(jìn)行處理。在后期的巡查過程中不容易發(fā)現(xiàn)問題，因此會(huì)留下安全隱患。

在設(shè)計(jì)方面，由于存在缺陷問題，故在發(fā)生同等級(jí)雷電問題的過程中，會(huì)使得裝置的抵御能力下降，最終引發(fā)法嚴(yán)重的雷電災(zāi)害，該問題應(yīng)引起相關(guān)設(shè)計(jì)人員的高度重視。

2.3 設(shè)備安裝不規(guī)范 目前，配電線路的開關(guān)和鐵桿等在安裝應(yīng)用的過程中，仍存在著較為突出的不規(guī)范問題，很多接地圓鐵也同樣存在著焊接方面的問題。接地網(wǎng)經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用，常得不到有效維修和保護(hù)，進(jìn)而增加了線路發(fā)生雷擊事故的概率。與此同時(shí)，10kV配電線路的避雷器安裝質(zhì)量也比較低，在經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的雷電洗禮，很多避雷裝置都已直接失效，如此很難發(fā)揮自身出自身的避雷功效和價(jià)值。

3 配網(wǎng)線路防雷技術(shù)方案淺析

3.1 完善技術(shù)理念 近階段，隨著雷電定位系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)防雷計(jì)算中所需各項(xiàng)參數(shù)，如地閃密度、雷電日、雷電流幅值概率分布函數(shù)等，不再依賴于規(guī)程計(jì)算。雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的雷電參數(shù)，為差異化防雷技術(shù)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。差異化防雷技術(shù)，主要分為差異化參數(shù)收集、線路各部分防雷等級(jí)評(píng)估、差異化防雷措施制定3個(gè)部分。

3.2 根據(jù)實(shí)際情況制定防雷措施 配電線路參數(shù)的差異性，主要體現(xiàn)在雷電參數(shù)變化、地形地貌影響、線路結(jié)構(gòu)差異和防雷措施制定等方面。當(dāng)前對(duì)地形地貌的確定，只有平原和山區(qū)之分，實(shí)際上線路桿塔所處地形復(fù)雜多變，在進(jìn)行防雷計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮地形地貌對(duì)線路防雷性能的影響。

首先要根據(jù)區(qū)域內(nèi)配電線路的設(shè)計(jì)資料、避雷器參數(shù)等，建立線路仿真分析模型，對(duì)不同波形和幅值的雷電流，擊中導(dǎo)線、桿塔以及感應(yīng)雷擊情況下，傳輸特性及影響因素進(jìn)行仿真研究。然后分析接地電阻大小、避雷器設(shè)備安裝密度對(duì)傳輸特性的影響，根據(jù)區(qū)域內(nèi)地形特征、接地電阻、雷擊事故發(fā)生情況等的差異性，制定差異化防雷措施，并通過仿真計(jì)算分析，確定差異性防雷方案的防護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)性。

3.3 綜合評(píng)估 技術(shù)人員要根據(jù)配電網(wǎng)差異性防雷中雷電分級(jí)的評(píng)估方法、雷擊跳閘率的計(jì)算方法的研究現(xiàn)狀，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)估。對(duì)于分級(jí)評(píng)估方法，可以根據(jù)線路歷史故障及實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)雷擊跳閘率參考值進(jìn)行選取，然后對(duì)配電線路進(jìn)行等級(jí)評(píng)估。線路雷直擊導(dǎo)線和雷擊桿塔的跳閘率計(jì)算公式可參考國(guó)標(biāo)推薦公式，并根據(jù)各種地形擊桿率，對(duì)直擊雷和反擊雷進(jìn)行比例劃分。線路雷電感應(yīng)過電壓跳閘率可采用計(jì)算公式，區(qū)分雷擊大地和雷擊導(dǎo)線區(qū)域，然后進(jìn)行具體計(jì)算。

3.4 采用綜合防雷方式 要對(duì)區(qū)域內(nèi)雷電參數(shù)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)雷電流幅值概率分布函數(shù)進(jìn)行公式擬合。在雷電活動(dòng)集中期間，做好線路安全巡查工作，及時(shí)更換損壞的絕緣子或避雷器設(shè)備。當(dāng)線路安裝避雷器設(shè)備時(shí)，雷電流可通過避雷器設(shè)備和接地電阻流入大地，而不會(huì)向相鄰桿塔進(jìn)行傳播，在保護(hù)本塔絕緣子的情況下，還可以保護(hù)相鄰桿塔絕緣子。此時(shí)接地電阻大小會(huì)影響避雷器設(shè)備的防護(hù)效果，電阻越大，避雷器設(shè)備的分流效果越差。因此在雷電活動(dòng)較為頻繁的地區(qū)，需要考慮降低桿塔或接地電阻，以提高線路的防雷性能。

4 配電線路的避雷措施

為了降低雷電危害的發(fā)生概率，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加安全，專家和學(xué)者們都在努力的尋找預(yù)防雷擊事件的途徑和方法，從而有效的提高配電線路的安全性和穩(wěn)定性，以下是常見的避雷措施：

4.1 避雷線 為了防止雷電直擊配電線路，架設(shè)避雷線是其中最直接的的方法和措施。它具有使雷電分流的效果，增強(qiáng)線路耐雷水平。對(duì)于一般的感應(yīng)雷，有很好作用。一般可在相對(duì)廣闊的地帶架設(shè)避雷線，從而保護(hù)線路的安全性，降低感應(yīng)雷產(chǎn)生過電壓值，因此，架設(shè)避雷線是一種常用的且有效的方法。但在我國(guó)，避雷線的運(yùn)用還是比較少的，常常因?yàn)榕潆娋€路復(fù)雜、線路交叉、地形崎嶇、高度等因素，限制了避雷線的使用，但總體來說，避雷線對(duì)減少跳閘率還是很有效果的。

4.2 提高絕緣水平 通常來說，配電線路中使用絕緣子能夠很好的提高線路整體的絕緣水平，其中應(yīng)用最多的是瓷橫擔(dān)。與傳統(tǒng)的絕緣子相比，它的耐雷水平是更加顯著的，一般是正常絕緣子效果的一到兩倍。因此，運(yùn)用瓷橫擔(dān)對(duì)于配電線路的絕緣性能的提高是很有幫助的，另外還可以通過增肌絕緣子數(shù)量、更換絕緣導(dǎo)線，更換絕緣子的型號(hào)等等，以此提高線路絕緣水平。

4.3 避雷器 這是一種使用最為廣泛的防雷舉措之一。根據(jù)避雷器的發(fā)展史和基本性能，避雷器可以分為磁吹、管型、閥型和放電間隙型等。在以往的避雷史上，使用頻率最高的是放電間隙。在今天依然還有很多區(qū)域在使用這種方式。在這期間，對(duì)它的性能和結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了很多的改良，但是它也存在著使用的限制條件，那就是它不能自動(dòng)的熄滅電弧。為了提高避雷器的使用效果，很多研究學(xué)者把改進(jìn)的重心放在熄滅電弧和降低過電壓上。與之相反，管型避雷器則可以快速的熄滅電弧。當(dāng)雷電襲擊電路時(shí)，過電壓能擊穿避雷器將雷電迅速導(dǎo)入大地，達(dá)到保護(hù)線路安全的效果。閥型避雷器主要是由火花間隙和閥片電阻構(gòu)成的，在雷電發(fā)生時(shí)，電壓會(huì)將火花間隙擊穿，降低電阻值，從而將電流導(dǎo)向大地。沒有雷電發(fā)生時(shí)，一般不會(huì)擊穿火花間隙，閥片電阻數(shù)值也較高，電流一般不會(huì)直接穿過避雷器。

5 結(jié)語

綜上所述，配電網(wǎng)防雷需要綜合各因素制定差異化防雷措施，提高線路耐雷性能，減少經(jīng)濟(jì)投入。鑒于配電網(wǎng)防雷的特殊性，差異化防雷需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)投入的最優(yōu)化，對(duì)于落雷較為集中且雷擊故障頻發(fā)的區(qū)域建議全部安裝避雷器，無需另做接地處理，以減少經(jīng)濟(jì)投入；對(duì)于山頂、跨谷、臺(tái)變區(qū)等特殊地理位置，需安裝避雷器單獨(dú)保護(hù)；對(duì)于雷電活動(dòng)不強(qiáng)且地勢(shì)較為平坦的地區(qū)，無需采取防雷保護(hù)措施。