淺談輸電線路防雷原理與設(shè)計

崔君瑞

摘? 要：我國電力行業(yè)不斷發(fā)展，輸電線路越來越多，在輸電線路運行過程中，外界天氣會影響到輸電線路運行的穩(wěn)定性，例如發(fā)生了雷擊問題，可能會引發(fā)線路跳閘問題，因此需要優(yōu)化輸電線路防雷設(shè)計。本文分析了輸電線路防雷原理，提出針對性的輸電線路防雷設(shè)計理念，保障輸電線路防雷運行過程的安全性和穩(wěn)定性，促進(jìn)電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：輸電線路? 防雷工作? 防雷原理? 防雷設(shè)計

中圖分類號：TM713? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（b）-0042-03

Abstract： With the continuous development of China's power industry， there are more and more transmission lines. In the process of transmission line operation， external weather will affect the stability of transmission line operation， for example， lightning strike may cause line trip problem， so it is necessary to optimize the lightning protection design of transmission line. This paper analyzes the principle of transmission line lightning protection， puts forward the design concept of transmission line lightning protection， to ensure the safety and stability of transmission line lightning protection operation process， and promote the sustainable development of power enterprises.

Key Words： Transmission line; Lightning protection work; Lightning protection principle; Lightning protection design

我國電力行業(yè)不斷發(fā)展，輸電線路越來越多，電力企業(yè)需要保障線路運行的穩(wěn)定性，但是輸電線路運行環(huán)境比較惡劣，若發(fā)生雷擊故障，會中斷電力的輸送，影響到人們用電，因此電力企業(yè)需要重視輸電線防雷原理和設(shè)計，加強保護(hù)輸電線路，靈活利用各種防雷技術(shù)，使輸電線路的耐雷水平不斷提高，避免雷擊危害輸電線路工作。

1? 概述雷擊的危害

輸電線路發(fā)生雷擊之后，會造成較大的危害。第一方面是雷過電壓危害，在電磁感應(yīng)的影響下，引發(fā)負(fù)載出現(xiàn)問題。雷擊到電塔和線路以及地面之后，電荷和雷電電荷之間的極性是相反的，因此產(chǎn)生電磁感應(yīng)，導(dǎo)致輸電線路電壓和電流發(fā)生異常問題，在短期內(nèi)會導(dǎo)致輸電線路形成高壓線。此外架空線路會產(chǎn)生更加嚴(yán)重的感應(yīng)雷過壓問題，引發(fā)擊穿事故。第二方面是直擊過壓危害，指的是雷電直接擊中輸電線路，因此引發(fā)過壓問題。擊中了輸電線路之后，電流會進(jìn)入到大地中，升高雷擊部位的單位，因此引發(fā)熱效應(yīng)和電效應(yīng)等問題，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。

2? 輸電線路雷電干擾的原因

發(fā)生輸電線路雷電干擾，一方面是因為輸電線路缺乏防雷防護(hù)，及時安裝了避雷器，如果雷電過電壓較高，將會擊穿輸電線路絕緣子。輸電線路利用復(fù)雜的避雷器種類，不同避雷器電壓和額定電壓具有較大的差異性，在雷電過電壓的影響下，導(dǎo)致避雷器引發(fā)發(fā)生爆炸。另一方面是避雷器接地不合理，因此工作場所具有一定的限制，一些避雷器接地方式不合理，引發(fā)超標(biāo)問題，此外一些避雷器接地引下線發(fā)生損壞問題，工作人員沒有及時更換損壞的設(shè)備，導(dǎo)致接地引下線發(fā)生電化學(xué)腐蝕問題，影響到避雷器的作用。

3? 概述輸電線路防雷的原理

3.1 合理選擇路徑

輸電線路附近區(qū)域的地理位置和地貌特征以及天氣情況等都會疑因想到輸電線的工作環(huán)境。因此在輸電線路防雷設(shè)計之前，工作人員需要全面調(diào)查附近區(qū)域情況，分析收集的氣象資料，盡量避開雷電多發(fā)區(qū)域，降低雷擊事故的發(fā)生率[2]。

3.2 防雷措施

在輸電線路防雷過程中，通常是架設(shè)避雷線，安裝避雷設(shè)備，加強輸電線路絕緣，利用這種防雷促使可以提高輸電線路絕緣性，保障雷電流泄流效果，使輸電線路防雷效果因此提高。設(shè)計人員確定輸電線路路徑之后，需要利用針對性的防雷措施，有效應(yīng)對強電流和熱效應(yīng)等問題，利用接地線形地面中引導(dǎo)電流，避免損壞輸電線路。在輸電線路防雷設(shè)計階段需要綜合考慮雷擊強度和電流峰值等因素，此外需要結(jié)合電阻和避雷線等設(shè)備參數(shù)。

3.3 安裝繼電保護(hù)裝置

安裝繼電保護(hù)裝置可以保護(hù)線路，合理控制雷擊的影響范圍，同時可以減小停電的范圍。工作人員需要合理選用自動重合閘，如果輸電線路發(fā)生雷擊問題之后，可以迅速恢復(fù)線路電閘。因為線路絕緣具有恢復(fù)作用，發(fā)生雷擊問題之后，線路跳閘之后，沖擊閃絡(luò)和工頻電弧會快速去除電離，避免永久性損害線路絕緣，保障自動重合效果[3]。

4? 輸電線路防雷裝置

4.1 接閃器

接閃器是一種金屬物體，可以直接承接雷擊，接閃器金屬桿為避雷針，主要負(fù)責(zé)保護(hù)露天建筑物。接閃器金屬線為避雷線和架空地線，可以有效保護(hù)輸電線路。接閃器的避雷帶和避雷網(wǎng)為金屬帶和金屬網(wǎng)，可以有效保護(hù)建筑物。接閃器利用被保護(hù)物體的突出地位，吸引雷電，再利用引下線和接地裝置，向大地引入雷電流，避免雷擊影響到輸電線路和設(shè)備以及建筑物等[4]。

4.2 消雷器

消雷器屬于一種新型的輸電線路防雷設(shè)備，消雷器通過電暈電流中和效應(yīng)，有效中和雷云電荷，避免雷云電場達(dá)到放電極限，防止發(fā)生雷擊事故[5]。

5? 提升輸電線路防雷技術(shù)的措施

5.1 在輸電線路中合理布局防雷電技術(shù)

在電力企業(yè)運行過程中主要載體為輸電線路，因此設(shè)備性能關(guān)系到電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，電力企業(yè)在鋪設(shè)輸電線路的過程中，需要綜合地形地理因素，優(yōu)化設(shè)計輸電線路防雷工作，利用現(xiàn)代化防雷技術(shù)，科學(xué)的設(shè)計布局電力系統(tǒng)輸電線路，盡量避開礦產(chǎn)豐富和水位較高的區(qū)域。

5.2 合理利用防雷技術(shù)接地裝置

在電力輸送系統(tǒng)當(dāng)中，防雷接地技術(shù)裝置發(fā)揮著重要的作用，可以減少電力線路輸送中的雷擊概率，但是我國在建設(shè)電力系統(tǒng)工程的過程中，因為防雷技術(shù)條件不夠成熟，經(jīng)過雷電襲擊之后，導(dǎo)致電力輸送線路發(fā)生破損，降低了高壓輸電線路絕緣性，埋下安全隱患。電力企業(yè)在鋪設(shè)電力線路的過程中，需要合理安裝防雷接地電阻，根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦魏偷貏莸葪l件，利用現(xiàn)代防雷電技術(shù)，在接地電阻中發(fā)揮防雷技術(shù)的作用，維護(hù)電力輸送工作的安全性。

（1）在土壤電阻率ρ≤300Ω.m的地區(qū)，參考皖電東送工程“防雷接地設(shè)計研究”的結(jié)論，當(dāng)桿塔工頻接地電阻不超過30Ω時，可考慮取消人工接地裝置。

（2）在土壤電阻率ρ≤300Ω.m的地區(qū)，當(dāng)接地電阻超過30Ω時，還應(yīng)設(shè)人工接地裝置，接地體埋設(shè)深度不宜小于0.6m。

（3）在300<ρ≤2000Ω.m的地區(qū)，一般采用水平敷設(shè)的接地裝置接地體埋深不宜小于0.5m。在耕地中的接地體，應(yīng)埋設(shè)在耕作深度以下。

（4）在ρ>2000Ω.m的地區(qū)，可采用6～8根總長度不超過500m的放射形接地體，或連續(xù)伸長接地體。放射性接地體可采用長短結(jié)合的方式。接地體埋設(shè)深度不宜小于0.3m。

（5）居民區(qū)和水田中的接地裝置，包括臨時接地裝置，宜圍繞桿塔基礎(chǔ)敷設(shè)稱閉合環(huán)形。

（6）在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)采用放射形接地裝置，如在桿塔基礎(chǔ)附近（在放射形接地體每根最大長度的1.5倍范圍內(nèi)）有土壤電阻率較低的地帶，可部分采用引外接地或其他措施。

《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB 50065-2011）還規(guī)定：架空線路桿塔的接地體引出線，其截面不應(yīng)小于50mm2，并應(yīng)熱鍍鋅。

目前國內(nèi)輸電線路接地裝置大多采用經(jīng)熱鍍鋅防腐的Φ12鍍鋅圓鋼，在土壤腐蝕較嚴(yán)重的區(qū)域則采用抗腐蝕性強的銅覆鋼。銅覆鋼具有導(dǎo)電性能好、抗腐蝕性強、機械強度高以及電阻率小的特性，僅在土壤中含有高量的有機硫化物和高酸性時，銅才會產(chǎn)生點蝕，當(dāng)銅層達(dá)到一定厚度時使用壽命可為60年。銅覆鋼作為替代銅材料的一種新型接地材料為腐蝕嚴(yán)重地區(qū)線路、不易更換接地裝置地區(qū)的接地型式設(shè)計提供了新的選擇，兩種材料的特點見表1。

鍍鋅圓鋼接地裝置的優(yōu)點是價格便宜、生產(chǎn)及施工均比較成熟，一般情況下更換也容易。其缺點是耐腐蝕能力較差，部分地區(qū)開挖更換困難。

銅覆鋼接地裝置的優(yōu)點是具有導(dǎo)電性能好、抗腐蝕性強、機械強度高以及電阻率小的特性，同時由于接地網(wǎng)的接地體銹蝕情況減少，提高了設(shè)備整體的運行安全性。

5.3 應(yīng)用防雷技術(shù)

很多輸電線路利用高架線線路輸送方式，在高空電力輸送工作中需要利用防雷技術(shù)和避雷設(shè)備，我國很多電力企業(yè)在避雷設(shè)備中安裝抗氧化金屬避雷設(shè)備，可以有效保護(hù)電力輸送線路，避免雷電破壞輸電線路，同時可以降低高壓效應(yīng)和高熱效應(yīng)的影響，使輸電線路的抗雷擊性能因此提升，維護(hù)電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

5.4 培養(yǎng)專業(yè)人才

電力企業(yè)在利用輸電線路防雷技術(shù)的過程中，沒有培養(yǎng)防雷技術(shù)專業(yè)人才，在發(fā)生雷擊問題之后，工作人員無法及時檢測和維修電力線路輸送設(shè)備，因此帶那里企業(yè)需要根據(jù)企業(yè)實際情況，培養(yǎng)防雷技術(shù)專業(yè)人才，定期組織技術(shù)交流培訓(xùn)工作，提高技術(shù)人員的防雷意識和專業(yè)素養(yǎng)，保障輸電線路安全運行，促進(jìn)我國電力企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

6? 結(jié)語

輸電線路發(fā)生雷擊之后，會引發(fā)較大的安全事故，影響到電力企業(yè)運行穩(wěn)定性，電力企業(yè)需要分析輸電線路防雷原理，優(yōu)化設(shè)計輸電線路防雷工作，靈活利用輸電線路防雷技術(shù)，優(yōu)化輸電線路防雷性能，維護(hù)輸電線路運行的穩(wěn)定性，促進(jìn)電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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