輸電線路的防雷措施芻議

楊文升

摘要 本文對(duì)輸電線路雷擊的原因進(jìn)行了分析,并通過裝置改造提出了幾項(xiàng)可行性的措施。

關(guān)鍵詞 輸電線路;裝置;措施

中圖分類號(hào) TM75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2009)10-0030-02

0 引言

輸電線路的分布范圍極廣,長(zhǎng)的有幾百千米甚至上千千米,短的也有數(shù)千米,所跨越的地形條件、氣候環(huán)境復(fù)雜,有山嶺、河流、平原等,所以極容易遭受雷擊。線路受雷擊后,極易引起輸電線路跳閘,輕則導(dǎo)致對(duì)用戶的少送電、損壞供電設(shè)備;重則者會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故,造成更大的損失。所以,輸電線路的防雷是電力部門的工作重點(diǎn)和日常維護(hù)工作之一。

1 線路雷擊的原因分析

某地區(qū)近幾年輸電線路的運(yùn)行情況以及雷擊數(shù)據(jù),如表1所示:

由表1的數(shù)據(jù)分析可得,1996年開始,隨著輸電線路長(zhǎng)度的增加,線路遭受雷擊而跳閘亦較頻繁,所以自2000年始,該局重視了線路的防雷工作后,輸電線路每百公里遭受雷擊跳閘的次數(shù)下降了,可靠性得到了提高。

通常雷擊有3種主要形式:一是直擊雷;二是感應(yīng)雷(二次雷);三是球形雷。由于輸電線路的電壓較高,雷電對(duì)輸電線路的危害主要是由直擊雷引起的。它主要通過3種途徑入侵輸電線路:一是雷擊桿塔頂;二是雷擊避雷線(架空地線);三是雷擊繞過避雷線擊于導(dǎo)線。

根據(jù)觀察統(tǒng)計(jì),輸電線路的桿塔大多是在半山腰或平原,小部分在山頂。通過分析易受雷擊的桿、塔以及導(dǎo)線、地線的地理位置以及桿塔位置的土壤電阻率、接地電阻、架空地線與鐵塔的連接接、地網(wǎng)與桿塔的連接等情況,受雷擊的住往是架設(shè)在山腰或地勢(shì)不是很高的桿塔和線路的地線、導(dǎo)線,而并非是比線路要高的樹木、山崗或者是在山頂?shù)臈U塔,而且位于山頂?shù)臈U塔和導(dǎo)線遭受雷擊的概率并不比位于山腰或平原的桿塔和導(dǎo)線要高很多,易受雷擊的桿塔均處于空氣潮濕、溫暖,氣流運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)、活動(dòng)變化較頻繁,而且是土壤電阻率相對(duì)較低的地方,如:半山的風(fēng)口位置;一側(cè)為開闊地帶而另一側(cè)為山丘的地帶;四周圍是山,附近土地濕潤(rùn)的地方。

這是因?yàn)樯窖⑵皆目諝獬睗瘛嘏估自婆c大地之間的電場(chǎng)介質(zhì)的絕緣低于山頂而遭雷擊,而且,地表的電導(dǎo)對(duì)雷電也有影響,導(dǎo)電良好的地質(zhì)(如低土壤電阻率的地表)比難以導(dǎo)電的地質(zhì)易于引雷。所以,雷電除了具有對(duì)尖端放電的特性外,更具有沿最短路徑放電(電抗最小的路徑) 的特性。當(dāng)雷電云對(duì)地電阻較大(雷電云對(duì)地之間的電場(chǎng)介質(zhì)的絕緣高)時(shí),雷電云并不容易放電,雷電云隨風(fēng)移動(dòng)而且是繼續(xù)積累電荷,當(dāng)其遇到其最低的放電路徑時(shí),就會(huì)產(chǎn)生放電;或者當(dāng)雷電云相對(duì)靜止時(shí),電荷積累得越來越多,當(dāng)它達(dá)到產(chǎn)生足夠高的放電電壓的時(shí)侯,其破壞力就越大。避雷針的尖端放電原理:由于避雷針較高并且與大地有良好的接觸,當(dāng)避雷針置于空中雷電云對(duì)地這個(gè)雷電場(chǎng)范圍時(shí),在針尖上因靜電感應(yīng)而積累了與雷電場(chǎng)相反極性的電荷,而使其附近的電場(chǎng)強(qiáng)度較其周圍物體顯著增強(qiáng)的緣故,即使是雷電場(chǎng)對(duì)地之間的電場(chǎng)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度不變的情況下,此時(shí)雷電先導(dǎo)放電電場(chǎng)即開始被避雷針引起畸變,避雷針將雷電放電途徑引向自己;此時(shí)雷電場(chǎng)能量通過避雷針放電,雷電場(chǎng)消失,使它不發(fā)生超過設(shè)備承受能力的大電流放電,從而起到保護(hù)的作用。

經(jīng)過分析,雷擊選擇點(diǎn)有3個(gè)條件:一是形成雷云;二是存在易于形成雷電通道;三是存在易于引起先導(dǎo)放電電場(chǎng)畸變的物體;第一個(gè)是必須條件,第二、第三只要具備其中之一就有落雷的機(jī)會(huì)。所以,雷電的形成我們不能控制,但可以設(shè)法使雷電場(chǎng)提早對(duì)地放電,使雷電的放電電壓和放電電流減少到設(shè)備可以承受的范圍之內(nèi),從而減少其破壞。

我們分析了輸電線路易遭受雷擊的原因后得知,要降低其遭受雷擊的概率,有兩條途徑:一是減少輸電線路桿塔的接地電阻,使雷電場(chǎng)的放電電壓降低、使電荷能迅速流入大地,從而保護(hù)輸電設(shè)備;二是使輸電線路的桿塔遷離雷電活動(dòng)頻繁的地點(diǎn)。對(duì)于第二個(gè)途徑,由于涉及到線路走廊規(guī)劃等一系列的問題,牽一發(fā)而動(dòng)全身,而且費(fèi)用較大,實(shí)施的可能性不大;第一個(gè)途徑才是我們的工作重點(diǎn)。

2 對(duì)接地裝置進(jìn)行改造

為了有的放矢地對(duì)桿塔接地電阻進(jìn)行改造,首先對(duì)所有頻遭雷擊的線路的桿塔接地網(wǎng)進(jìn)行普查,以便對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求的地網(wǎng)進(jìn)行重點(diǎn)整改。在對(duì)地網(wǎng)的普查中,有相當(dāng)部分易受雷擊的桿塔,其接地電阻確實(shí)是偏大,但也有不少的桿塔,其接地電阻并沒有偏大,有個(gè)別的還相當(dāng)?shù)?經(jīng)過反復(fù)的測(cè)量,其結(jié)果還是一樣(在誤差的范圍之內(nèi)),在排除了測(cè)量方法不當(dāng)和儀表儀器故障等問題之后,又對(duì)地網(wǎng)進(jìn)行挖土檢查接地體,并沒有發(fā)現(xiàn)接地體受到較嚴(yán)重的腐蝕;復(fù)核了架空地線的防雷保護(hù)角,也沒有發(fā)現(xiàn)問題;查閱了此輸電線路的運(yùn)行記錄,發(fā)現(xiàn)此類桿塔在開始投運(yùn)的2~3年內(nèi)并沒有受到雷擊,而是之后才陸續(xù)受到雷擊的;經(jīng)過一系列詳細(xì)地分析,認(rèn)為主要的原因是架空地線與桿塔接地網(wǎng)之間的連接環(huán)節(jié)出了問題。于是,對(duì)架空導(dǎo)線至接地網(wǎng)之間的引下線的所有連接點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真檢查,發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題:

1)架空地線與桿塔接觸不良。架空地線與直線鐵塔或水泥桿只有一個(gè)懸掛點(diǎn)連接,接觸面積太小,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)

間運(yùn)行后,接點(diǎn)氧化造成接觸不良;

2)接地網(wǎng)的引線與鐵塔腳接觸不良或接觸面過小;

3)電桿的避雷引下線接觸不良(有部分是利用電桿的爬梯作為避雷線的引下線)。

通過認(rèn)真細(xì)致地分析,認(rèn)識(shí)到過去只單獨(dú)強(qiáng)調(diào)降低桿塔接地網(wǎng)的阻值,而相對(duì)忽略了架空地線與鐵塔及鐵塔與接地網(wǎng)之間的連接;重新認(rèn)識(shí)了線路防雷工作的方向之后,分期分批對(duì)輸電線路進(jìn)行以下4個(gè)方面的整改:

1)對(duì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的桿塔地網(wǎng)進(jìn)行整改;

2)改善接地網(wǎng)與桿、塔的連接(如對(duì)連接點(diǎn)除銹并涂導(dǎo)電膏,設(shè)置獨(dú)立的避雷引下線等);

3)在架空地線與鐵塔之間增加一條連接線(稱為引流線)。改善架空導(dǎo)線與鐵塔的連接效果,提高雷電流的通過能力;

4)在經(jīng)常受到雷擊的線路段,安裝線路避雷器。雷擊線路后,能及早釋放雷電的能量,避免雷電波沿輸

電線路入侵變電站的設(shè)備,造成輸電線路調(diào)閘或設(shè)備損壞。

其中,第2、3點(diǎn)的作用除了能更有效地防止雷電直擊導(dǎo)線外,還有以下作用:

1)對(duì)雷電流有分流作用,減小流入每一桿塔的雷電流,使桿塔頂電位下降;

2)雷擊導(dǎo)線時(shí),能增強(qiáng)對(duì)導(dǎo)線的耦合作用,降低雷擊桿塔時(shí)絕緣子串上的電壓;

3)雷擊架空地線時(shí),對(duì)導(dǎo)線有屏蔽作用,降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

3 結(jié)論

1)在線路走廊的選擇上,應(yīng)吸取實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在可能的情況下盡可能避開易遭雷擊的地理位置及多雷區(qū);在新線路設(shè)計(jì)與施工中,避雷線與塔身應(yīng)加跳線;

2)防雷接地還應(yīng)注重使各個(gè)連接點(diǎn)(面)的接觸電阻的降低、連接可靠,從而使全條線路的整體接地電阻降低,達(dá)到提高耐雷水平的目的;

3)降低線路接地裝置電阻,是保護(hù)輸電線路不受雷擊損害的有效措施;使架空地線與鐵塔及鐵塔與接地網(wǎng)之間有可靠連接是降低線路接地裝置電阻的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1]重慶大學(xué).南京工學(xué)院合編.高電壓技術(shù)[M].水利電力出版社,1984.

[2]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院編.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].利電力出版社,1989.