高原地區(qū)防雷接地施工技術(shù)探討

辛士郎

（天津送變電工程有限公司，天津 300300）

0 引 言

雷電是主要自然災(zāi)害之一，可給人類造成重大危害。西藏地區(qū)平均海拔4 000 m以上，地勢相對高差低而海拔相當(dāng)高，氣壓低，氧氣含量少，氣溫低，而且凍土常年不化，環(huán)境條件比較惡劣，雷害發(fā)生頻率高，電力工程建設(shè)難度較大。本文結(jié)合2018年昌都市江達(dá)縣電力有限公司“三區(qū)兩州”項(xiàng)目工程，對高原地區(qū)雷害特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析，重點(diǎn)研究了電力工程防雷接地施工技術(shù)問題，以供參考。

1 高原地區(qū)雷害特點(diǎn)分析

1.1 雷害事故發(fā)生概率高

高原地區(qū)與一般平原等地形相比，具有更高的雷電災(zāi)害發(fā)生率，對電路與機(jī)房造成的雷電危害性更強(qiáng)，所產(chǎn)生的雷電災(zāi)害形式更加多元化。由于所處自然環(huán)境地勢高，空氣稀薄，條件惡劣，所以遭受雷害后，電力工程施工維修壓力較大。目前，高原地區(qū)的防雷與接地技術(shù)是研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

1.2 雷害受地理環(huán)境因素影響大

第一，受地理位置影響。高原地區(qū)，由于海拔較高，且山川密集高聳，當(dāng)雷云隨著季風(fēng)進(jìn)入高原地區(qū)時(shí)，一旦與山川凸起部位發(fā)生直接性接觸，勢必增大雷云間和雷云內(nèi)部放電的概率，一定程度上增加了雷電對地面的放電概率，造成雷電災(zāi)害。

第二，受地質(zhì)條件影響。通常，高原地區(qū)電力工程所在場所地貌多以砂石、山巖為主，附近區(qū)域空曠，林木較少，在雨季降水量大的情況下，多發(fā)生水土流失現(xiàn)象，造成地面土壤流失嚴(yán)重，土壤結(jié)構(gòu)分布不均，降低了土壤的保水性，增大了土壤的電阻率。在此狀況下，電力工程易成為雷電襲擊目標(biāo)，導(dǎo)致雷害事故頻繁發(fā)生。

第三，受局部氣候條件影響。高原地區(qū)的海拔一般都比較高，空氣稀薄，高原地區(qū)電力工程正是處于這樣一種雷云活動(dòng)活躍地帶。高原地區(qū)氣候條件比較符合雷云形成機(jī)理，其雷電災(zāi)害的產(chǎn)生率遠(yuǎn)大于平原地區(qū)。

2 高原地區(qū)電力工程的雷害方式及引入途徑

2.1 雷電經(jīng)由避雷針或鐵塔引入

當(dāng)電力工程的鐵塔以及鐵塔上的避雷針遭受雷電直接襲擊時(shí)，通過鐵塔構(gòu)架或者接地引下線將瞬間強(qiáng)大的雷電流導(dǎo)入接地網(wǎng)，此時(shí)接地網(wǎng)中的接地阻抗值瞬間增高，促使地網(wǎng)局部區(qū)域內(nèi)的電位隨之升高。高原地區(qū)電力工程本身所處的地理環(huán)境土壤中的電阻率就比平原高，此時(shí)接地網(wǎng)接地電阻值一旦出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，會(huì)對二次設(shè)備的地電位造成一定程度的干擾與反擊。由于大量的通信、控制等弱點(diǎn)設(shè)備都設(shè)置在接地網(wǎng)附近的機(jī)房與電纜溝內(nèi)，受接地網(wǎng)接地電阻值增高的影響，電位差將升高，造成部分電流流動(dòng)于信號(hào)線纜屏蔽層表面，電力設(shè)備受到信號(hào)線纜芯線引流過來的干擾電壓影響出現(xiàn)損壞。

2.2 雷害由架空線路或配電線纜引入

高原地區(qū)受雷電襲擊或雷電感應(yīng)概率最大的就是鋪設(shè)的電纜或者交流電源線路。電源機(jī)房遭受雷擊入侵主要是通過進(jìn)出站的電源線路和電纜經(jīng)由電磁感應(yīng)或各種藕合方式導(dǎo)入雷電暫態(tài)過電壓。此外，由于電源機(jī)房與通信機(jī)房是直接相互連接的，通過電源線路和電纜可以將雷電暫態(tài)過電壓導(dǎo)入通信設(shè)備。由于雷電暫態(tài)過電壓的幅值和高頻信號(hào)分量過高，使通信設(shè)備所采用的電子元器件無法承受，從而造成通信設(shè)備的損壞[1]。

2.3 雷電經(jīng)天饋線等信號(hào)線纜入侵機(jī)房

電力工程電源機(jī)房中存在大量的電力設(shè)施設(shè)備，在雷雨頻發(fā)季節(jié)，波導(dǎo)饋線等信號(hào)線纜一旦遭受雷電襲擊，感應(yīng)雷所產(chǎn)生的雷電暫態(tài)過電壓就會(huì)通過信號(hào)線纜導(dǎo)入機(jī)房中，造成機(jī)房中電力設(shè)施設(shè)備遭到雷電間接襲擊，感應(yīng)電壓經(jīng)過機(jī)架或屏柜等設(shè)備入地，造成機(jī)房相關(guān)電力、通信等傳輸設(shè)備的損壞。

2.4 雷擊附近的空間電磁感應(yīng)

空間電磁感應(yīng)現(xiàn)象多發(fā)生于高原地區(qū)。這主要是由于高原地區(qū)地勢海拔較高，所處區(qū)域正是雷云活躍地帶，雷雨天氣下，一旦出現(xiàn)空間雷云放電現(xiàn)象，極有可能引起空間電磁感應(yīng)。受此影響，雷電流產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖磁場會(huì)對高原電力工程機(jī)房中的大量電力設(shè)備造成干擾與損壞。

3 雷擊過電壓對配電線路的危害

雷電放電現(xiàn)象多產(chǎn)生于雷雨多發(fā)季節(jié)，主要是由兩塊帶有正負(fù)電荷的雷云在空氣絕緣失去作用的情況下，發(fā)生碰撞瞬間而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。此時(shí)，若沒有其他異種雷云在附近，且雷云距離地面較低，那么地面將會(huì)直接遭受雷云放電襲擊。若電力系統(tǒng)遭遇放電作用襲擊，就會(huì)對電壓產(chǎn)生直接影響。常見的電力雷電災(zāi)害包括感應(yīng)雷電反擊過電壓、雷擊侵入波以及直接雷擊等。電力工程遭遇雷電襲擊時(shí)，主要造成的事故包括電力設(shè)備跳閘停電和電纜火災(zāi)事故等。雷電事故的發(fā)生會(huì)給周圍居民生活用電帶來不便，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅到居民的生命安全。同時(shí)，雷電事故的發(fā)生還會(huì)給電力部門帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

4 防雷接地工程施工技術(shù)在高原地區(qū)電力工程中的應(yīng)用

4.1 接地裝置的施工技術(shù)

第一，人工接地體的制作。通常水平接地體、垂直接地體以及銅接地體是人工接地體中應(yīng)用最多的方法。對于制作材料，鍍鋅扁鋼是水平接地體的主要制作材料；以長2.5 m、直徑5 cm的角鋼、圓鋼或鍍鋅鋼管作為垂直接地體的制作材料；以1.5 mm厚的1 m2銅板作為銅接地體的制作材料。

第二，定位放線施工。為了人們的安全考慮，該施工場地的選取應(yīng)以偏遠(yuǎn)無人區(qū)域?yàn)橐恕Ｏ嚓P(guān)施工人員需要嚴(yán)格地依照施工圖紙的設(shè)計(jì)路線、要求以及相關(guān)施工方法與步驟在防雷裝置接地的位置上，先進(jìn)行放線溝槽的挖掘工作，然后再進(jìn)行放線填埋工作。布線溝槽挖掘的深度應(yīng)該處于地表層以下，進(jìn)行深層埋線，有效預(yù)防因氣候過冷、地表層持續(xù)低溫上凍所造成的接地電阻增加。同時(shí)，遇到道路、建筑出入口等地段時(shí)，應(yīng)該保證接地裝置與此之間留有足夠的安全距離，有效防止跨步電壓形成，導(dǎo)致人員傷害。

第三，人工接地體的安裝。相關(guān)施工人員安裝垂直接地體時(shí)，要嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定正確地進(jìn)行施工安裝。接地體的放置位置要以溝的中心線作為基準(zhǔn)，垂直埋于地下，接地體的頂端與地面之間的距離要保證在0.5 m左右。在挖好的溝槽中，將鍍鋅扁鋼調(diào)直側(cè)放，采用焊接的方式對其進(jìn)行連接，將焊接部位的藥皮清理干凈，預(yù)防腐蝕。為得到有效的防腐蝕效果，可在表面再涂抹一層防腐蝕漆料。按照實(shí)際安裝的設(shè)計(jì)要求，放置足夠長度的接地線并拉好[2]。

第四，自然接地體的安裝。鋼筋混凝土樁基是自然接地體安裝的基礎(chǔ)，將外漏在樁基端部的鋼筋與承臺(tái)梁的主筋通過焊接的方式實(shí)現(xiàn)有效連接，完成該部分作業(yè)后，再以焊接的方式，將兩者與引下線柱里面的鋼筋進(jìn)行連接。遭遇雷電襲擊時(shí)，雷電通過鋼筋混凝土樁基在引下線的引導(dǎo)下導(dǎo)入地下。

4.2 防雷保護(hù)的施工技術(shù)

第一，防雷保護(hù)工作做到位。在雷電多發(fā)區(qū)域，一定要做好防雷保護(hù)工作，通常以架設(shè)避雷線的方式來預(yù)防雷擊災(zāi)害。按照施工設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，施工人員在配電線路桿塔的頂端架設(shè)足夠數(shù)量的架空地線。遇到雷電災(zāi)害時(shí)，可以通過架空地線將雷擊電流導(dǎo)入地面，降低電能感應(yīng)所帶來的損耗，從而起到防雷保護(hù)的效果。同時(shí)，還可以采用安裝過壓保護(hù)器的方式對線路進(jìn)行防雷保護(hù)。該方式維護(hù)價(jià)格低廉，且不會(huì)影響電路的正常使用。

第二，確保配電線路的絕緣水平。較小幅值的感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓對配電線路的影響不大，但是由于高原地區(qū)海拔較高，拉近了雷云和配電線路的距離，一定程度上增加了感應(yīng)雷過電壓的幅值，遇到雷電襲擊時(shí)，易造成線路擊穿問題，嚴(yán)重影響配電線路的正常運(yùn)行。因此，僅憑架空導(dǎo)線不能預(yù)防感應(yīng)雷對線路造成的影響。此外，還需要采取多重保障措施，如增加絕緣皮和適當(dāng)?shù)卦黾咏^緣子，不僅能提高配電線路的絕緣水平，而且能提升配電線路的防雷能力[3]。

第三，降低桿塔的接地電阻。桿塔接地電阻的大小與桿塔頂端電位的高低存在直接關(guān)聯(lián)。線路遭受雷擊時(shí)，主要通過桿塔來將雷電直接導(dǎo)入大地，實(shí)現(xiàn)對線路的保護(hù)。當(dāng)桿塔的接地電阻值過大時(shí)，桿塔頂端電位增大，從而和導(dǎo)線產(chǎn)生較大的電位差，造成電線絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生，且整個(gè)線路的耐雷水平降低，加大了線路損耗。因此，桿塔接地電阻可以采用外接接地的方式。

5 結(jié) 論

電力工程普遍遭遇雷擊事件，尤其是高原地區(qū)。因此，高原地區(qū)電力工程建設(shè)中，必須嚴(yán)格依照不同的防雷要求，再結(jié)合地區(qū)環(huán)境和氣候等實(shí)際狀況，科學(xué)合理地制定相應(yīng)的防雷措施。