噴射氣流滅弧防雷裝置

韋松直

摘要：電力系統中，為了滿足電力的穩定和安全，給用戶良好質量的電力，防雷擁有舉足輕重的意義。防雷可防止雷電過電壓對人身或設備產生危害，滿足電力系統或電氣設備的安全運行，提供更穩定安全的供電，防雷可減少電力在傳輸途中受到雷電的影響，保證電力系統的穩定，提供給用戶質量優良的電力。本文引王巨豐教授的噴射氣流滅弧防雷間隙裝置講述新的防雷方式。

關鍵詞：間隙防雷；氣流滅??；防雷裝置

雷電一般在對流發展旺盛的積雨云中產生，其對流等過程產生電荷，上部以正電荷為主，下部以負電荷為主，上、下部形成電位差。當電位差達到一定程度，產生放電，這就是常見的閃電現象。雷電的種類有直擊雷、雷電波侵入、過電壓、內部過電壓、雷電反擊。雷電對大地和大地上的突出物體的放電，會對物體或者人身產生危害，特別是對電力系統而言，就有十分的嚴重，因此，防雷在電力系統中就擁有非常重要的意義。

1雷電的種類

（1）直擊雷是帶電云層與大地、建筑物、防雷裝置或其它物體之間發生的迅速放電現象；（2）雷電波侵入是指由于架空線路或金屬管道對雷電的傳導的作用；（3）感應過電壓，雷電過程中，其通道周圍電磁場劇烈變化而在相鄰近的線路上或電力設備上感應出的過電壓；（4）內部過電壓是指電力系統內部由于故障、斷路器操作或其它因素使電力線路或都設備回路上引起的電磁能相互轉換與傳遞而引起的電壓升高過程；（5）雷電反擊指的是遭受直擊雷的金屬，金屬引雷電進入大地時，在它的接地導體上會產生超高的電壓，這個電位差引起閃絡，這一放電的現象叫雷電反擊。

2防雷的理念及特點

在電力系統中，雷擊造成絕緣擊穿事故占大多數，而其中的大部分雷擊都集中在架空輸電線路上，雷電通過輸電線路傳送到發電廠或變電站，也會給發電廠或變電站帶來一定的影響。為了防止雷電直擊線路和擊穿絕緣，我國采取了一系列防雷措施，其防雷的理念大體分為建弧抑制和閃絡抑制兩部分[2]。

2.1建弧抑制

現代建弧抑制的主要避雷方式有消雷，安裝避雷針、引下線、接地，屏蔽和滅弧。

（1）消雷就是在保護的范圍內沒有雷電的擊閃，如半導體消雷器；（2）避雷針又名防雷針，避雷針可以引導雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊；（3）屏蔽是在電力傳輸的過程對電力線路進行屏蔽，一是在電力線路外包敷一層屏蔽層，=將線路直接鋪設在遠離雷擊的地方，最常用的方法是埋設地下電力線纜；（4）在建弧過程中滅弧，滅弧過后，間隙之間介質、絕緣器材恢復原本的強度。

2.2閃絡抑制

閃絡是指固體絕緣子周圍的氣體或液體電介質被擊穿時，高電壓沿固體絕緣子表面放電的現象，通過抑制絕緣子表面閃絡的產生來保護設備。

3防雷的技術措施及特點

防雷技術就是要求防止和保護對人物不受雷擊，在各種可能傳輸和感應雷電的路徑上實施防雷措施，防止雷電對電氣設備和系統的損害，保證人、電氣設備的安全。現階段電力系統中的主要防雷技術措施及特點有：

3.1架設避雷線

在導線上方，架設避雷線來防止雷擊。避雷線能防止雷電直擊導線，避雷線在線路最頂端，雷電會首先擊中避雷線，通過引下線、接地等導入大地，線路遭受直擊雷影響。一般防雷線路長，其直接或間接地增加電網建設、維護成本。

3.2架設耦合地線

在導線下面架設耦合地線，通過耦合作用，降低絕緣子串上的電壓。線路架設耦合地線一般只適用于丘陵、山區、跨越檔和降低桿塔接地電阻困難的地區。

3.3降低輸電線路接地電阻

降低輸電線路接地電阻可以降低雷擊輸電線路桿塔時的對地電位，防止雷電反擊。降低桿塔接地電阻對桿塔材質和新技術有較高要求.需要投入人力和財力較多，更換桿塔成本高。

3.4安裝線路避雷器

線路避雷器與線路絕緣子并聯，通過殘壓的鉗電位防止絕緣子閃絡，吸收過電壓的能量，保證線路的絕緣。線路避雷器投資較大，因此主要安裝在線路運行工況復雜、雷電活動強烈、易遭受感應雷等過電壓的地點。

4現階段防雷的效果及原因

輸電線在絕緣水平和耐雷擊能力都比較低路，雷擊跳閘事故大多數也都是由輸電線路引起。在國內高壓輸電線路跳閘事故中，約占總跳閘事故60%的事故都是由雷擊引起的線路跳閘事故；在國外輸電線路中，雷電引起的事故一般也占總事故的50%以上，雷擊嚴重影響高壓輸電線路安全運行[3]。從上面數據可以看出，現階段防雷的效果仍然不太理想，其防雷措施的防雷效果也會受線路的耐雷水平、線路匹配和降低雷擊跳閘率影響，同時，還受到防雷器材和防雷安裝成本的影響，防雷效果一直很難得到有效提升。

5噴射氣體滅弧防雷間隙裝置

現階段輸電線路的防雷措施一般是是裝設消弧線圈，允許線路上一定數量絕緣子串閃絡，同時利用自動重合閘來消除閃絡事故實現防雷效果，但效果都不太理想。為了對電力系統防雷水平進行提高，在廣西大學電氣工程學院王巨豐教授帶領下不斷研究下，研制出的新型防雷裝置——噴射氣體滅弧防雷間隙裝置。

5.1防雷原理

目前并聯間隙防雷裝置中，通常以增加絕緣子串長度來增加爬電距離，這種方式致使保護間隙滅弧能力降低，電弧時間較長，長時間的電弧容易燒壞間隙金屬，甚至會燒斷輸電線路，提高線路故障率，降低輸電線路供電的穩定性。因此，根據“疏導型”防雷理念，研制出了一種噴射氣體滅弧防雷間隙裝置，其設計理念是抑制閃絡率，基于間隙防雷而抑制工頻電弧建弧率來達成防雷的目的。

在雷電直接擊中輸電線路時，因雷電的高電壓，造成絕緣子串發生閃絡現象時，雷電流數十微秒內就可以大量能量施放，工頻電流經過雷電流放電通道進入大地，造成線路跳閘。在輸電線路遭受雷擊時，工頻續流電流有數次過零點，裝置在電流為零的時間內，以裝置與絕緣子串并聯防雷間隙來定位雷電沖擊放電路徑，引電流擊穿，在放電路徑引噴射氣體吹斷電弧。放電路徑在強氣流作用下，移除路徑上電弧的電離產物，冷卻電弧溫度，在強大的氣流沖擊下，電弧等離子也會被拉長，無法維持熱游離狀態，在繼電保護動作響應之前，快速熄滅雷電擊穿后空氣間隙工頻續流電弧，防止重燃，疏導雷電間隙工頻續流電弧，切斷工頻續流電弧，達到滅弧的功能。同時，噴射氣體滅弧防雷間隙裝置還能將雷電荷引導入大地之中，使輸配電線路雷擊閃絡也不會跳閘，在降低保護動作產生的雷擊跳閘率的同時又能保護絕緣子串和輸電線路安全，提高電力系統供電穩定和可靠性。