關于當前電力線路防雷措施的不足原因研究

丁佳

（貴州省興義供電局，貴州 興義 562400）

1 線路防雷措施的不足

《省近年10kV線路雷擊跳閘情況統計與地形參數分析報告》(以下簡稱《報告》)對省2000～2005年間的10kV線路106次，雷擊跳閘事件中塔型、故障的相位、桿塔的地理位置等資料進行統計分析?！秷蟾妗钒凑找酝囊话憬涷?確定反擊性閃絡故障判斷原則:將三相、兩相同時閃絡的雷擊故障歸結為反擊性閃絡故障,同時在反擊性的單相閃絡中,大致認為左、中、右三相均等,而單純性中相閃絡也歸結為反擊性閃絡,且左、右兩相的單純性閃絡中分別有與中相閃絡一樣次數歸結為反擊性閃絡?！秷蟾妗分饕嚓P結論如下。

1.1 在10kV雷擊故障中。單回水平或三角排列的,約有2/3是反擊性故障,而約1/3是繞擊性故障;雙回垂直、鼓形排列的,繞擊率在50%～60%。說明同桿雙回線路的繞擊性雷擊故障占到雷擊故障的1/2以上。

1.2 在10kV雷擊跳閘事件中。單回水平或三角分布的,約4/5是反擊性故障,而1/5是繞擊性故障;雙回垂直分布的繞擊率在60%～70%。說明同桿雙回線路的繞擊性雷擊故障占雷擊跳閘事件的2/3以上。

2 傳統防雷措施存在不足的原因分析

2.1 擊距的計算

雷云中電荷密集處的電場強度達到2500～3000kV/km時,將首先出現向下發展的放電,這種放電稱為先導放電。先導放電中心的線電荷密度約為(0.1～1)×10-3C/m,先導放電的電暈半徑約為0.6～6m,相應先導放電發展時的電流約為100A。當先導放電接近地面時,地面較突出的部分會開始迎著它發出向上的放電,這種放電稱為迎面先導。迎面先導可以是一個,也可以有幾個。當迎面先導的一個與先導放電的一支相遇時,就會產生強烈的中和效應,出現極大的電流(數十千安培到數百千安培),并伴隨著雷鳴和閃光,這就是雷云放電的主放電階段。先導放電首先由地面發生并向上發展到雷云的上行雷,一般是在當地面有較高聳的突出物時,不論雷云極性的正負都可能發生。由雷云向地面發展的先導放電通道的頭部到達與被擊物體之間的臨界擊穿距離為臨界擊距(簡稱擊距)的位置以前,擊中點是不確定的,如對某個物體先達到其相應的擊距時,即對該物體放電。擊距同雷電流幅值、雷電極性、被擊點的電位有關,而并非以往所認為的“在一定半徑范圍內雷電打擊基本上是打擊在較高點”。由于土地的綜合利用要求(如線路下方種植林木、修造建筑物),以及大跨越需要,目前,輸電線路桿塔高度都很高(30m以上,甚至100m以上),導線上工作電壓幅值很大,較易由導線上產生迎面先導。

2.2 無法覆蓋、包絡暴露弧

把桿塔的塔身、頭部、橫擔等與架空地線連接的地電位部分視同地線電位。在先導電流值為100A、rs為2.23m時,得出擊距與導線平均高度的關系如表1所示。

表1 擊距與導線平均高度的關系

由表1可知,導線平均高度為20～40m時,rg僅為1.23～2.0m,rs僅為2.23m,這說明了雷電先向較高聳突出物放電的原因。而一般rs與rc兩者相差不大,在0.5m以內。

2.3 線路本身存在工頻電場

雷電弧及其通道不是純金屬線性的,而是具有一定半徑的電荷通道囊,既使不使輸電線路因過電壓而發生故障,也可能因電荷通道囊跨接輸電線路的導、地線間,再疊加上導、地線間本來已有的工頻電場,而造成線路單相(導地線間)、多相(兩相或三相導線間、且可能同時加上地線)空氣擊穿而短路。

3 輸電線路防雷措施的改進與完善

3.1 減小雷電保護角直至采用負保護角

傳統的雷電保護角指避雷線和邊相導線的連線與經過避雷線的鉛垂線之間的夾角,其保護目的主要是保護導線不被雷擊中,實際上,這不但沒有把絕緣子串納入保護范圍,對導線也仍存在一定的繞擊可能,更無法對由側面擊來的“側擊”雷起到保護作用。

3.2 改變塔頭結構,增大導線間及其對構架部件間的空氣間距

在不改變桿身、桿塔基礎的情況下盡可能適度改變塔頭結構,擴大導線間、導地線間、導線對桿塔構件間的凈空距離,盡可能減少建弧率。

3.3 桿塔橫擔末端裝設避雷針

絕緣子是電力線路防雷的重點環節和部位,最容易受到雷電傷害且難以或無法恢復,應重點保護。可與桿塔上端的避雷針和導線上方的避雷線防范來自上方的“云-地”雷直接打擊同理,在橫擔端部的外側裝設防側擊避雷針,將桿塔金屬構件特別是橫擔端部產生的rs的中心往外移,使rs所形成的包絡弧最大限度地包絡、覆蓋rc所形成的暴露弧,擴大了其包絡、覆蓋面積,將導線、絕緣子串、相關金具及桿塔空氣間隙納入保護范圍,可起到防范“側擊”雷的作用。

3.4 裝設線路避雷器

裝設線路避雷器以設置雷電快速釋放通道。對易受雷擊且較為重要的線路區段或修復較為困難的桿塔(如大跨越或高塔桿塔)等,安裝線路避雷器。目前的氧化鋅線路避雷器性能穩定可靠,能較好地發揮釋放雷電過電壓的作用,有效地保護線路絕緣子和導線不被雷電電弧損壞。

3.5 加強線路絕緣

增加絕緣子串的片數、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距,可提高線路的耐雷水平、降低建弧率,同時可提高線路的防污閃水平。

3.6 在導線下方裝設架空耦合地線或架設復合地線光纜

因耦合地線具有一定的分流作用和增大導地線之間耦合系數的作用,在架空輸電線路導線下方加設耦合地線,能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。利用架空輸電線路通道桿塔加掛通信光纜,光纜懸掛在鋼絞線上,或使用光纖復合架空地線(OPGW),將鋼絞線或復合地線與桿塔有效電氣連接,就可起到耦合地線的作用。

3.7 絕緣子串的首末端使用大直徑絕緣子

絕緣子串處在極不均勻電場中,如在絕緣子串的首末端使用大直徑絕緣子,尤如在絕緣子串兩側設置兩個“屏障”來阻礙工頻及雷電壓在兩側電極疊加,產生的電暈放電電荷形成的帶電粒子運動并調整空間電荷分布,就如一般的“均壓環”作用,使絕緣子串所處電場較為均勻,不易擊穿,減少建弧率。如果端部大外徑絕緣子采用自爆式玻璃絕緣子,在受強電弧燒、灼損傷時會自爆,非常容易被發現,便于故障點的查找;如果在端部使用“可拆換大外徑硅橡膠合成絕緣片”,既可起到“屏障”作用,又可在強電場引發建弧,電弧燒、灼損后只更換“可拆換大外徑硅橡膠合成絕緣片”,而不需整根合成絕緣子更換。

4 幾點結論

4.1 基于傳統電力線路防雷觀念下的防雷措施存在防雷效果不足的問題。

4.2 基于“雷電先導放電臨界擊距和暴露弧”機理的防雷觀念,提出了電力線路防雷的改善措施,對傳統的防雷措施進行完善,防雷效果良好。

4.3 對于雷電對輸電線路的各種危害,不可能僅采取一種措施就能完全有效防止,也沒必要為防止各種雷電傷害而在線路同一位置采取相應的所有防雷措施。應根據電力線路設備所處的周圍環境及可能受到雷電傷害的主要種類,相應采取一種或幾種防范措施組合。

[1]陸尉初.如何做好配電系統的防雷與接地[J].山西建筑，2008，05，01.