淺議架空輸電線路防雷措施

摘 要:雷電對架空輸電線路安全運行危害極大，經(jīng)常造成絕緣子閃絡(luò)事故，在山區(qū)、交通不便的地區(qū)，給巡視、查找故障增加不少難度。本文提出了各種改善線路雷電性能的防雷綜合措施，可供同行參考學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞:架空輸電線路 跳閘 防雷措施

中圖分類號:TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0065-01

1 引言

雷電對架空輸電線路安全運行危害極大，經(jīng)常造成絕緣子閃絡(luò)事故，在山區(qū)、交通不便的地區(qū)，給巡視、查找故障增加不少難度。雷電時常伴有瞬間大風(fēng)與大雨，極大的風(fēng)速經(jīng)?？梢栽斐筛叽髽淠镜孤湓趯?dǎo)線上、輸電線振動、橫向碰擊和倒桿斷線的事故發(fā)生。如果對這些現(xiàn)象處理不及時的話，就會造成電力事故，嚴(yán)重時會危機(jī)人們生命財產(chǎn)的安全。

架空輸電線路雷害事故的形成通常要經(jīng)歷這樣四個階段:輸電線路受到雷電過電壓的作用:輸電線路發(fā)生閃絡(luò);輸電線路從沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓;線路跳閘，供電中斷。針對雷害事故形成的四個階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護(hù)措施時，要做到“四道防線”，即:(1)防直擊，就是使輸電線路不受直擊雷。(2)防閃絡(luò)，就是使輸電線路受雷擊后絕緣不發(fā)生閃絡(luò)。(3) 防建弧，就是使輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧。(4)防停電，就是使輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng)。

2 架空輸電線路防雷的具體措施

2.1 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)的最基本和最有效的防雷措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時還具有以下作用:(1)分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位;(2)通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓;(3)對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。通常來說，輸電線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價中所占的比重也較低。因此，110kV及以上電壓等級的架空輸電線路都應(yīng)全線架設(shè)避雷線。同時，為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率，避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)做得小一些，通常采用20°～30°。220kV及330kV雙避雷線線路應(yīng)做到20°左右，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角在15°左右。

2.2 安裝避雷針

安裝避雷針也是架空輸電線路常用的一種防雷保護(hù)措施。但是在實際應(yīng)用卻存在以下幾個方面:(1)由于避雷針而導(dǎo)致雷擊概率增大;(2)保護(hù)范圍小，國內(nèi)外不少防雷專家，對避雷針能向被保護(hù)物有多大的保護(hù)距離做了系統(tǒng)的研究得出的結(jié)論是:“對一根垂直避雷針無法獲得十分肯定的保護(hù)區(qū)域”。英國的BS6551法規(guī)曾指出:“經(jīng)驗顯示不能依賴避雷針提供任何保護(hù)區(qū)內(nèi)的完整保護(hù)”。而德國防雷法規(guī)則有意識地不引入避雷針保護(hù)范圍的概念。從避雷針因側(cè)擊雷、繞擊雷，造成雷擊事故的實例來分析，其保護(hù)范圍是不十分肯定的。由于避雷針的引雷作用，所以雷擊次數(shù)就會提高，當(dāng)雷電被吸引到避雷針上，在強(qiáng)大的雷電流沿避雷針而流入大地過程中，雷電流周圍形成的磁場會產(chǎn)生截應(yīng)過電壓，它與雷電流的大小及變化速度成正比，與雷擊的距離成反比。而被保護(hù)物的自然屏蔽裝置對電磁感應(yīng)或電磁干擾的屏蔽作用，不能達(dá)到有效屏蔽，使被保護(hù)區(qū)內(nèi)的弱電設(shè)備因感應(yīng)過電壓而損壞。(3)反擊的危害，當(dāng)雷電被吸引到避雷針上，將有數(shù)千安的高頻電流通過避雷針及其接地引下線和接地裝置，此時避雷針和引線的電壓很高，若避雷針對被保護(hù)物之間的距離小于安全距離時，會由避雷針及引下線向被保護(hù)物發(fā)生反擊，損壞被保護(hù)物。我國國標(biāo)規(guī)定避雷針距被保護(hù)物的空氣中距離≥5米，避雷針距被保護(hù)物的接地裝置間的地中距離Sd≥3米，針對這一要求，微波塔和電視發(fā)射塔的各種天線上的避雷針是難以滿足規(guī)范的要求。(4)電磁感應(yīng)問題;在強(qiáng)大的雷電流沿避雷針向下流入地中的過程中，會在周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場，它會使微波通信、計算機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生誤動。強(qiáng)大的電磁場，可以使金屬開口環(huán)或打包用鐵箍的接觸不良處發(fā)生放電，從而引燃引爆易燃易爆物。更常見的則是引起微電子設(shè)備(通信設(shè)備，計算機(jī)設(shè)備等)的失靈與損壞。受雷擊的避雷針及引線，在高頻雷電流作用下，將從接觸點至地面產(chǎn)生一個非常高的接觸電壓。當(dāng)雷電流流入大地擴(kuò)散時，在入地點沿半徑各點形成不同的電位，若跨入該區(qū)域會產(chǎn)生較高的跨步電壓。在測避雷針不適用于對弱電設(shè)備的保護(hù)，更不易用于易燃易爆品的防雷保護(hù)。因它引來強(qiáng)大的雷電流在接地引線斷線卡處易產(chǎn)生火花，還會在附近的金屬開口環(huán)處產(chǎn)生火花，從而引起事故的發(fā)生。

2.3 加強(qiáng)線路絕緣

由于輸電線路個別地段需采用大跨越高桿塔，這就增加了桿塔落雷的機(jī)會。高塔落雷時塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為了降低線路跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串片數(shù)，加大大跨越檔導(dǎo)線與地線之間的距離，以加強(qiáng)線路絕緣。

2.4 采用不平衡絕緣方式

在現(xiàn)代高壓及超高壓線路上，同桿架設(shè)的雙回路線路日益增多，對這種線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時，可以考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時跳閘率，以保障線路的連續(xù)供電性。不平衡絕緣的原則是使雙回路的絕緣子串片數(shù)有差異，這樣，雷擊時絕緣子串片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了線路的耐雷水平使之不發(fā)生閃絡(luò)，保障了另一回路的連續(xù)供電。

2.5 藕合地埋線

藕合地埋線可起兩個作用，一是降低接地電阻，《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》指出:連續(xù)伸長接地線是沿線路在地中埋設(shè)1～2根接地線，并可與下一基塔的桿塔接地裝置相連，此時對工頻接地電阻值不作要求，國內(nèi)外的運行經(jīng)驗證明，它是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施之一。二是起一部分架空地線的作用，既有避雷線的分流作用，又有避雷線的藕合作用。據(jù)某供電局的運行經(jīng)驗，在一個20基桿塔的易擊段埋設(shè)藕合地埋線后，10年中只發(fā)生一次雷擊故障，有文獻(xiàn)介紹可降低跳閘率40%，顯著提高線路耐雷水平。

2.6 裝設(shè)消雷器

消雷器是一種新型的直擊雷防護(hù)裝置，在國內(nèi)已有十多年的應(yīng)用歷史，目前架空輸電線路上裝設(shè)的消雷器已有上千套，運行情況較好。雖然對消雷器的機(jī)理和理論還存在懷疑和爭論，但它確實能消除或減少雷擊的事實已被越來越多的人認(rèn)可與接受。消雷器對接地電阻的要求不嚴(yán)，其保護(hù)范圍也遠(yuǎn)比避雷針大。在實際裝設(shè)時，要認(rèn)真解決好有關(guān)的各個環(huán)節(jié)中的問題。

2.7 使用接地降阻劑

降低桿塔接地電阻。山區(qū)線路多數(shù)處于高土壤電阻率地區(qū)，對接地電阻超規(guī)的桿塔，我們采取加降阻劑、挖深接地坑道改善接地土壤率的辦法將接地電阻降低到規(guī)程規(guī)定的有效范圍內(nèi)，并按規(guī)程要求每五年對全線桿塔接地電阻遙測一次，每兩年對變電站進(jìn)出口1～2km的接地電阻遙測一次，發(fā)現(xiàn)不合格的要及時進(jìn)行更換處理。

3 結(jié)語

總之，影響架空輸電線路雷擊跳閘率的原因有很多種，有一定的復(fù)雜性，解決線路的雷擊問題，要從實際問題出發(fā)，因地制宜，綜合進(jìn)行治理。在采取防雷改進(jìn)措施之前，要認(rèn)真調(diào)查研究，充分了解該地區(qū)的地理、氣象及線路運行等各方面的情況，核算線路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作量、難度、經(jīng)濟(jì)效益及效果等，以便選擇適當(dāng)?shù)姆览妆Ｗo(hù)措施。