淺談架空電力線路的過電壓保護

摘要：電力系統的過電壓可分為內部過電壓和外部過電壓。內部過電壓包括工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓等，內部過電壓保護主要采取開關中增加一個并聯電阻和—對輔助觸頭、選用勵磁特性較好、飽和點高的電磁式電壓互感器、在電壓互感器—次繞組的中性點上裝設專用消諧器等。外部過電壓主要采取裝設避雷針、避雷線和避雷器。

關鍵詞：電力系統；架空線路；過電壓；保護

在電力系統中，由于內部或外部的原因，使電壓突然升高，超過或遠遠超過電氣設備的運行額定電壓，即稱為過電壓。

1、內部過電壓

1.1 內部過電壓的分類

1.1.1 工頻過電壓

在三相中性點不接地系統中，發生單相接地時，非故障相對地電壓升高3倍。此時，不需要采取特殊措施進行防護。

1.1.2 操作過電壓

電力系統因操作而使運行方式發生變動，致系統內部電磁能量的振蕩，相互轉換和重新分布產生過電壓。一般發生在投入或退出空載變壓器、空載線路、并聯電容器的情況下產生。

1.1.3 間隙接地過電壓

在中性點不接地系統中，發生單相弧光接地時產生的間隙性的電弧，會在線路上引起高頻振蕩過電壓，其過電壓值一般不超過3.5倍相電壓。

1.1.4 諧振過電壓

在交流電路中，當電感元件與電容元件串聯且感抗等于容抗時，會發生諧振過電壓，此時電容元件上會出現很高的過電壓。諧振過電壓的幅值一般不超過2.5倍相電壓。

1.2 限制內部過電壓的措施

1.2.1 操作過電壓的限制措施

（1）通常開關中增加一個并聯電阻和—對輔助觸頭。

（2）裝設避雷器也是限制操作過電壓很重要措施。

1.2.2 避免間歇性弧光接地過電壓的措施是采用消弧線圈或電阻接地方式。

1.2.3 避免諧振過電壓的措施

（1）選用勵磁特性較好、飽和點高的電磁式電壓互感器。

（2）在電壓互感器開口三角形繞組上裝設燈泡（6-10kv電網接200w燈泡）或者專用消諧器。

（3）在電壓互感器一次繞組的中性點上裝設專用消諧器。

2、外部過電壓

電力系統的外部過電壓也叫大氣過電壓。

2.1 外部過電壓的分類

2.1.1 直擊雷過電壓

高出地面幾米至數十米的電力線路，導線對大地來講，完全成為尖端，所以雷往往直擊到線路等電氣設備上，造成電氣設備或線路上絕緣擊穿而損壞。

2.1.2 感應雷過電壓

雷云在先導放電的過程中，由于靜電感應原因在電力線路的導線上積聚了大量與雷云極性相反的電荷。當雷云從先導放電發展到主放階段而對地放電時，線路上被束縛的電荷被釋放，形成了向線路兩端以光速流動的自由電荷，從而產生很高的感應過電壓。

2.2 防雷保護

架空線路雷害事故的形成通常要經歷4個階段：

（1）供電線路受到雷電過電壓的作用。

（2）供電線路發生閃絡。

（3）供電線路從沖擊閃絡轉變為穩定的工頻電壓。

（4）線路跳閘，供電中斷。

針對雷害事故形成的4個階段，現代供電線路在采取防雷保護措施時，要做到“四道防線”，即：防直擊，就是使供電線路不受雷直擊，措施是沿線路裝設避雷線；防閃絡，就是使供電線路受雷后絕緣發生閃絡，措施是加強線路絕緣、降低桿塔的接地電阻；防建弧，就是使供電線路發生閃絡后不建立穩定的工頻電弧，措施是系統采用消弧線圈接地方式、在線路上安裝避雷器等；防停電，就是使供電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應，措施是裝設自動重合閘等

2.2.1 裝設避雷針

裝設避雷針是防止直擊雷的有效方法。避雷針可用來保護露天的配電裝置、電力線路。就其本質而言，避雷針不是避雷，而是利用其高聳空中的位置條件，把雷電引向自身，承受雷擊，把雷電流泄入大地，從而保護其他設備不受雷擊。呼和供電段管內的朱日和站是多雷區，那里的電力設備經常受到雷電的侵害。為此，在朱日和部分高壓線路上裝設了避雷針，有效的減少了雷電對電力線路的危害。

2.2.2 架設避雷線

架設避雷線是供電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導線，同時還具有以下作用：

（1）分流作用，以減小流經桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；

（2）通過對導線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；

（3）對導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓。

通常來說，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愈低。標準規定，220kV及以上電壓等級的供電線路應全線架設避雷線，110kv線路一般也應全線架設避雷線，35kV線路不宜全線架設避雷線，一般在變電所的進線段架設1～2km的避雷線，同時按照要求做好桿塔的接地。

為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，減小繞擊率，避雷線對邊導線的保護角盡量做得小一些，一般采用20°～30°。為了降低接地電阻，通常把避雷線在每基桿塔處進行了接地。

呼和供電段豐鎮車間管內的堡子彎—孤山自閉和貫通高壓線經常受到雷電侵害，多次影響行車供電。為此，呼和供電段技術人員大膽嘗試，在該段線路加裝了避雷線，并取得了預期效果。

2.2.3 裝設避雷器

避雷器是一種能釋放過電壓能量限制過電壓幅值的保護電器。前幾年，呼和供電段電力設備上使用的是閥型避雷器，現在全部更改為金屬氧化物避雷器（也叫氧化鋅避雷器）。

金屬氧化物避雷器的優點：結構簡單，耐沖擊，通流能力大，使用壽命長，工作穩定，保護可靠，不受污穢、高海拔等自然條件影響。

金屬氧化物避雷器的應用：在安裝前進行直流1mA參考電壓試驗，或進行絕緣電阻的測量，對10kv避雷器用2500V絕緣電阻表測量，絕緣電阻不低于1000μΩ，合格后方可安裝。

2.2.4 加強線路絕緣

由于供電線路個別地段采用大跨越高桿塔（如：跨河、跨路桿塔），這就增加了桿塔落畦的機會。高塔落雷時塔頂電位高，感應過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為提高線路絕緣，降低線路跳閘率，我們近年來已經陸續把110kV和35kV合成絕緣子。35kv和6kV配電線路多采用沖擊閃絡電壓較高的瓷橫擔來降低雷擊跳閘率。

2.2.5 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時的電位升高，這是配合架設避雷線所采取的—項有效措施。標準要求，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時不宜超過表2所列數值。

2.2.6 裝設自動重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復性能，大多數雷擊造成的閃絡事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據統計，我國110kv及以上的高壓線路重合閘成功率達75%～95%，35k吸以下的線路成功率約為50%～80%。因此，油田變電站在各個電壓等級的架空線路匕都安裝了自動重合閘裝置。

3、結束語

架空線的過電壓保護從工程設計階段就要認真加以考慮，應根據本地的實際情況，采取切實可行的防雷方案，選用質量可靠的電氣設備和可靠性高的防雷設備，同時，真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網，綜合考慮防雷與接地，只有這樣，供電線路和設備才能避免遭受雷擊。