電力系統防雷技術及其應用

莫建揮

摘要：雷電會給電力系統線路和設備帶來諸多問題，如何有效地防止雷擊的破壞是非常關鍵的。本文介紹了防雷技術，重點分析了防雷新枝術的發展，并以肇慶供電局某變電站為例子，說明采用防雷新技術后有效地防止了以前發生的雷擊事故。

關鍵詞：防電；電力系統

雷電是普遍存在的自然現象。對電力系統而言，雷擊不僅會產生諸如擊穿、損壞線路或設備等可以直觀觀察到的損壞之外，其涌流還可能進入系統的二次設備，從而引起保護裝置誤動等諸多可能潛在的惡性事故，給電力系統的安全、穩定運行帶來巨大的威脅。因此，雷電現象及防雷技術一直引人關注，人們對雷電及防雷技術進行了大量研究，不斷追求和研制完備的雷電保護裝置。

1傳統防雷技術

自富蘭克林發明了避雷針以來，避雷針作為一種最實用的防雷裝置，得到了普遍使用并延續了上百年的歷史，以后又出現了避雷線、避雷帶和避雷網等防雷設備。

雷云放電的先導在高空時隨機發展，但接近地面時，由于地面靜電感應電荷的激增，使高聳于地面之上的避雷針尖端局部電場強度增加，畸變的空間電場影響雷電先導的發展方向，將雷云放電吸引到避雷針上，從而保護了避雷針附近較低高度的物體，這就是避雷針原理。這類避雷針以其發明者名字命名，叫富蘭克避雷針。在此基礎上，人們又發明了諸如主動放電式和脈沖放電式避雷針、低阻抗避雷針和帶衰減器的避雷針等等，以有效改善避雷針的性能。但是避雷針無法做到對保護對象百分之一百的保護，存在著保護的“盲區”。

避雷線無論從保護原理還是從制作方法上跟避雷針類似。避雷線是由懸掛在空中的水平接地導線、接地引下線和接地體組成。避雷線對雷云與大地之間電場畸變影響較小，其引雷使用和保護寬度均比避雷針小。避雷線一般用一定截面的鍍鋅鋼絞線制做而成，架設在供電線路上方或其他被保護物上方。

避雷網是又點焊接之后形成一個金屬網，用于防止雷電直擊，也可以用于阻礙、降低外界電磁輻射能量向被保護空間傳播和限制某一空間內部的電磁輻射能量向外界傳播，也稱屏蔽網。建筑物可利用混凝土結構中的鋼筋將避雷網、引下線和接地裝置組成一個整體大網籠，稱為籠式避雷網，通常采用暗裝或部分暗裝。

2防雷新技術

2、1放射性同位素避雷針

如何提高避雷針的效能，早在1914年，匈牙利物理學家愛爾齊拉特已發現利用放射性物質能使空氣電離的原理可以增強避雷效能。近年來隨著同位素技術應用日益普及，許多先進國家，研制出了放射性同位素避雷針。

放射性同位素避雷針的避雷原理與富蘭克林避雷針的原理是一樣的。所不同的是前者依靠放射性同位素發射的射線使避雷針附近的空氣大量地電離，主動地打開一條與云中電荷相通的電的通路；而富蘭克林避雷針的尖端只能產生少量的離子。放射性同位素避雷針所產生的電離電流要比富蘭克林避雷針高10000倍以上，再加上加速裝置的作用還可以提高很多。它能及早放電，使保護區內無閃電產生。還可降低保護區外的電位。保護范圍也大得多。

放射性同位素避雷針的類型很多，結構大體相同。是由下列各部分組成的：一根尖頂的金屬桿；一個與桿絕緣的金屬錐體，錐體上裝有放射源；錐體四周下垂三根飄帶狀的大氣電勢接觸天線；一個與桿連接的金屬環。環與錐體組成激勵器。中央的金屬桿是接地的，它處于零電位。大氣電勢接觸天線處于大氣之中，它與周圍大氣同電位。因它與激勵器錐體相連，所以錐體上的電位就是圍周大氣的電位。金屬環與芯桿相連，所以也是零電位。

相比于富蘭克林避雷針，變電站防雷系統如果采用放射性同位素避雷針，有望改善線路、設備的防雷性能，其技術實現并不困難，是變電站防雷系統發展的一個值得關注的方向。

2、2高壓水炮法

美國科學家用一種新技術把雷電吸引到了安全地帶。方法是用高壓水炮向暴風云中噴射含有特殊鹽和聚合物的超細水流，由于水流中含鹽，因此增加了水的導電性，這樣超細水流就像避雷針一樣，將雷電引入地下。水中溶解的聚合物可以防止噴射的水流分裂成液滴或霧狀，以使水流的直徑保持在1厘米左右，并能射入300米以上的高空暴風云中。當雷電觸發時，水流可以通過10000安培的電流。由于水流是和噴嘴的巨大銅圓錐體相連的，因此，它就成為一根有效的避雷針。

為了變電站遭受雷電襲擊，可在變電站周圍安裝能夠移動的水炮，水炮上安上雷電檢測器，當周圍出現的電場強大到足以可能發生雷電襲擊時，檢測器就可以通過計算機操縱水炮，向空中噴射水流，起臨時避雷針的作用。當然，在具體實現上，該方法難度較大而且其可靠性還有待進一步考察。但是，該方法提供了一個很好的思路，就是防雷方法的多樣化和主動化趨勢，甚至可以充分引導和利用雷電，使之不單不危害變電站的安全，甚至可以轉為能源加以利用，化害為利。

2、3LRC線圈

最近，美國NASAX：程師宣稱發明了一種LRC線圈，可防止雷擊對電力電纜、信號電纜、電纜附件以及電力裝置造成的破壞。其具體原理是：LRC線圈由兩個在電力電纜或信號電纜上繞兩個方向相反的線圈組成，兩個線圈的末端相互連接。第一個線圈的作用如同抑流圈，由雷擊形成的浪涌電流進入電纜的內部芯絨，第二個線圈的作用類似于屏蔽罩，產生一個與第一個線圈數值相等、方向相反的電磁場，以抵消第一個線圈的變化，相當于利用法拉第籠將雷擊浪涌電流產生的磁場局限在很小的范圍內。整個LRC線圈封閉成一個整體，由一個接地的外接插頭相連接。據測試，電纜中安裝了LR C線圈后，極大地改變了電纜的電感量。利用LRC技術研制的裝置可廣泛應用于工廠企業配電系統及地埋電力電纜中，能很好地滿足防雷需要。

2、4雷電定位系統

隨著數字技術和信息技術的飛速發展，又出現了一種基于閃電遙測的計算機與網絡技術防雷方法——雷電定位監測系統LLs(Lightning Location System)。

雷電定位系統原理是：在較大的地域上安裝若干個雷電遙測站，將監測數據通過全球定位系統GPS(Global Position System)傳送到中心站，計算機進行實時分析、處理，從而確定雷擊參數、雷擊地點。LLS本身不具備防雷能力，但具有迅速定位雷擊點、收集雷電數據等功能，對防雷具有重大意義。LLS采用定向定位和時差定位技術實現雷電定位。定向定位是不同地區的雷電遙測站獨立測定同一個雷電方位角等參數，實時傳送到中心站，經雷電位置分析儀及專家系統確定雷擊點和雷電參數。時差定位是在各雷電遙測站安裝與GPS實時通信的授時器，使各雷電遙測站的時針保持高精度同步，各雷電遙測站獨立測定同一個雷電，然后將雷電發生時間及有關數據實時傳送到中心站，通過綜合分析確定雷擊點和雷電參數。LLS能夠準確及時、直觀地檢測到雷擊故障點，準確有效地對雷電進行定位、定性和定量分析，提高了巡線效率，為迅速排除輸電線路雷擊故障提供可靠依據。

雷電定位系統改變了以往事前無法得到信