電力系統防雷工程設計研究

郭仲愷 楊國嶺

摘 要： 隨著經濟改革的不斷深入，加速了電力改革的發展進程，輸電線路管網有了較明顯的改善。隨著人們生活水平的日益提高，電能已成為人們生產生活的重要能源之一。經濟的快速發展，對電能有了更高的需求，在不斷開發電力能源的同時，建設者對于電力超系統防雷工作的重視力度也逐年提高，由于科技的進步，防雷設計上得到了有效的發展和創新，但雷電做為一種自然現象，對電力系統的危害將長期存在，所以為了保證人民群眾的用電安全，電力系統還應重點加強防雷工程設計工作，及采取相關的技術措施，保證電網的正常運行。本文從雷電的危害進行分析，提出了防雷的重要性及在電力系統弱電裝置中對防雷措施的具體運用。

關鍵詞： 電力系統；防雷工程；設計

一、雷擊的危害

自然界每年都有幾百萬次閃電。雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統計資料表明，雷電造成的損失已經上升到自然災害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡、財產損失不計其數。據不完全統計，中國每年因雷擊以及雷擊負效應造成的人員傷亡達3000～4000人，財產損失在50億元到100億元人民幣。 雷電災害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業。雷擊是指打雷時電流通過人、畜、樹木、建筑物等而造成殺傷或破壞。云層之間的放電對飛行器有危害，對地面上的建筑物和人、畜影響不大，但云層對大地的放電，則對建筑物、電子電氣設備和人、畜危害甚大。一但對萬物造成危害都可以稱為被雷擊。其危害主要有四種：

1、直擊雷。帶電的云層對大地上的某一點發生猛烈的放電現象，稱為直擊雷。它的破壞力十分巨大，若不能迅速將其瀉放入大地，將導致放電通道內的物體、建筑物、設施、人畜遭受嚴重的破壞或損害——火災、建筑物損壞、電子電氣系統摧毀，甚至危及人畜的生命安全。

2、雷電波侵入。雷電不直接放電在建筑和設備本身，而是對布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴散，侵入并危及室內電子設備和自動化控制等各個系統。因此，往往在聽到雷聲之前，我們的電子設備、控制系統等可能已經損壞。

3、感應過電壓。雷擊在設備設施或線路的附近發生，或閃電不直接對地放電，只在云層與云層之間發生放電現象。閃電釋放電荷，并在電源和數據傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應生成過電壓。 雷擊放電于具有避雷設施的建筑物時，雷電波沿著建筑物頂部接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網或避雷針）、引下線泄放到大地的過程中，會在引下線周圍形成強大的瞬變磁場，輕則造成電子設備受到干擾，數據丟失，產生誤動作或暫時癱瘓；嚴重時可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個系統陷于癱瘓。

4、系統內部操作過電壓。因斷路器的操作、電力重負荷以及感性負荷的投入和切除、系統短路故障等系統內部狀態的變化而使系統參數發生改變，引起的電力系統內部電磁能量轉化，從而產生內部過電壓，即操作過電壓。操作過電壓的幅值雖小，但發生的概率卻遠遠大于雷電感應過電壓。實驗證明，無論是感應過電壓還是內部操作過電壓，均為暫態過電壓（或稱瞬時過電壓），最終以電氣浪涌的方式危及電子設備，包括破壞印刷電路印制線、元件和絕緣過早老化壽命縮短、破壞數據庫或使軟件誤操作，使一些控制元件失控。

5、地電位反擊。如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設施，接地網的地電位會在數微秒之內被抬高數萬或數十萬伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電系統或各種網絡信號系統，或者擊穿大地絕緣而流向另一設施的供電系統或各種網絡信號系統，從而反擊破壞或損害電子設備。同時，在未實行等電位連接的導線回路中，可能誘發高電位而產生火花放電的危險。

二、電力系統防雷設計要點分析

1、選擇合理的輸電線路

雷擊現象的發生一部分是受環境條件、地理條件、氣候狀況等的影響，某些地區在輸電線路的設計上應該避開雷擊多發區，如高山、縱深山谷地帶、傾斜山坡等，來降低輸電線路受到雷擊的概率。

2、避雷裝置的安裝

（1）搭設避雷線。避雷線具有效率高、分流效果好、屏蔽作用明顯等優點，被泛應用在電網建設當中，取得了不錯的避雷效果。避雷線能減少桿塔的雷擊電流，使得塔頂的電位降低，并能禍合導線降低輸電線路、絕緣子的電壓，減輕雷擊的破壞。實際建設中，一般20kV的輸電線路不需要裝設避雷線，200kV以上的需要全程搭設避雷線，在500kV以上的高壓線則需要兩條避雷線才能確保其屏蔽功能。

（2）安裝負角保護針。負角保護針是架裝在桿塔的頂部的導線上方的一種側向避雷針，主要是為了改善屏蔽和減少臨界擊距。負角保護針的屏蔽作用在導線的上方，所以雷電只能對地面放電，以此來避免雷電繞擊區的形成。負角保護針多用于山坡和山頂的桿塔上，其多采用長度為2. 5m或2. 8m的鋼針，針頭做成尖錐狀。

（3）可控放電避雷針。該裝置是通過動態環和儲能裝置來控制針頭電場，使它能夠在雷擊發生前產生向上的先導，引發上行累閃，針尖出的電場強度較高，能迅速產生脈沖放電。該裝置可有效降低雷電繞擊的機率。該裝置由四個部分組成，即針頭、儲能裝置、金屬支架、接地裝置。可控放電裝置可在塔頂地線支架上方安裝，其安裝個數和位置可根據桿塔的形狀、地形進行調整，來確保可控針的保護范圍滿足安裝要求。

（4）雷電接閃器。雷電接閃器有避雷的作用，但其本體是一個感抗，其在雷擊發生時能夠對桿塔過電壓進行消減，其對雷電流波峰消減幅度可達到30%以上。該裝置能記錄桿塔落雷的數據，為對雷電研究提供了數據支持。

3、自動重合閘裝置的安裝

自動重合閘是當線路當線路出現故障，繼電保護使斷路器跳閘后，自動重合閘裝置經短時間間隔后使斷路器重新合上。被泛應用于架空線輸電和架空線供電線路上，該類裝置可分為四種狀態：單相重合閘、綜合重合閘、三相重合閘、停用重合閘。該裝置可以提高供電的可靠性，減少線路停電的次數，還能保持電力系統的運行的穩定性，該裝置本身投資很低，工作可靠，在電力系統中得到了廣泛的應用。一般的，線路故障跳閘后重合閘越快，效果越好。資料表明，輸電線路中重合閘成功率較高，使得它已經成為一種行之有效的防雷措施。

4、改善接地電阻

當合理匹配接地地阻和避雷線可有效地實現降低過電壓的功能，常規設計采取的延長或增加接地射線的方式降低桿塔接地電阻，對于土質不良的地區效果有限。目前應用在實際中的降低輸電線電路接地電阻的方法有：（1）延長或增加接地射線，針對接地材料腐蝕的老舊線路，往往采取增加接地線的方式，是新建和改造線路中常用的降阻方法；（2）垂直接地體法，該方法是在接地裝置的射線上，每隔3m增設長度0. 6m左右的垂直接地體，一般用角鋼，并與接地線進行焊接；（3）集中接地法，是指在桿塔的基礎外挖一圈直徑為10-20m，深為60cm的溝，在溝內每隔2- 3m打一根垂直接地體，用圓鋼將所有垂直接地體相連再與桿塔的接地引下線相連；鈞換土法，對低處土壤電阻率較高的桿塔或石頭山，采用換土的方式來降低土壤的電阻，即在桿塔附近周圍挖出原有土壤，并回填一層電阻率低的土壤，再進行接地設置。

三、結束語

綜上所述，隨著社會的發展和科技水平的提高，我國的電力事業水平正在不斷上升。為了提高電力系統的經濟效益，電力系統防雷保護成為一項必不可少的工作。現今，電力系統的防雷設計變得越來越專業、準確和精細。為此，必須重視電力系統防雷設計，逐步完善現代電力系統的防雷體系，提高工程防雷能力。■

參考文獻

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