輸電線路實際運行中的防雷技術

吳 瑀，秦興元，李 義

（貴州電網(wǎng)有限責任公司畢節(jié)供電局，貴州 畢節(jié) 551700）

0 引 言

隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展，人們對輸電線路運行的穩(wěn)定性、可靠性的要求越來越高。但是輸電線路的運行環(huán)境比較惡劣，難免會受到雷擊出現(xiàn)運行故障，導致電力輸送中斷，影響到人們的正常用電。因此，電力企業(yè)應當高度重視輸電線路實際運行中的防雷工作，加強輸電線路的運行保護。尤其是靈活采用各種防雷技術，全面提升輸電線路的耐雷水平，降低雷擊對輸電線路的危害。

1 雷擊危害

輸電線路在遭受到雷擊后，會形成以下危害。第一，感應雷過電壓危害，即受到電磁感應的影響出現(xiàn)過負載現(xiàn)象。之所以會形成電磁感應是因為雷擊中電塔、線路、地面時，其中產(chǎn)生的電荷與雷云所帶電荷的極性相反。這時輸電線路中的電壓、電流就會異常，短時間內(nèi)原輸電線路就會成為高壓線。此外，架空線路還會產(chǎn)生更加嚴重的感應雷過壓問題，導致?lián)舸┦鹿省５诙睋衾走^壓危害。即雷電直接擊中輸電線路引發(fā)的過壓問題。當輸電線路被擊中后，電流會隨著接地導線流入大地，引發(fā)電壓降，以致于雷擊部位的電位升高。在這一過程中還有可能出現(xiàn)熱效應、電效應等不良情況，造成更為嚴重的安全事故，甚至是造成人員傷亡。第三，雷電繞擊。即雷電繞過避雷設施擊中導線。常見于空曠地帶的輸電區(qū)域。當雷擊擊中導線之后，瓷瓶串就會有電流經(jīng)過，并出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。可以說，雷電繞擊對輸電線路的危害非常大，電力企業(yè)應當提早預防。第四，雷電反擊。當出現(xiàn)雷電反擊現(xiàn)象時，輸電線路有可能出現(xiàn)跳閘事故。因為電力設備遭受到雷擊后，其中產(chǎn)生的擊穿電流會擊穿大地，導致接地電壓瞬間提高。這時輸電線路還會產(chǎn)生電壓，引發(fā)雷電反擊現(xiàn)象，導致瞬時放電電壓急劇升高，瞬時放電電流急劇增大。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗來看，每當出現(xiàn)雷電反擊現(xiàn)象時，最終都會導致跳閘事故[1]。

2 輸電線路出現(xiàn)雷電干擾的原因

輸電線路雷害事故約能占到電力系統(tǒng)全部雷害事故的70%左右。結(jié)合實際來看，造成輸電線路出現(xiàn)雷電干擾的原因包括5點。（1）輸電線路缺少避雷器保護。即便是避雷器能夠工作，但過高的雷電過電壓也會造成輸電線路絕緣子擊穿放電。尤其是大多數(shù)輸電線路所用避雷器種類比較雜，其動作電壓、額定電壓等參數(shù)存在較大的差異，更容易在雷電過電壓的影響下出現(xiàn)避雷器爆炸事故。（2）避雷器接地不合理。由于受到場所的限制，有些避雷器接地電阻并不符合標準，出現(xiàn)了超標現(xiàn)象；有些避雷器接地引下線損壞，并未得到及時更換；有些埋入土中的接地引下線與接地體連接處出現(xiàn)了電化學腐蝕現(xiàn)象，導致避雷器失去應有的作用。（3）隔離開關、柱上斷路器等處的避雷保護器安裝不合理，導致隔離開關絕緣擊穿。（4）為了節(jié)約輸電線路建設成本，在建設初期采用了3～4回路，或者是6～8回同桿架設，以致于雷擊發(fā)生時絕緣子對地閃絡，甚至是產(chǎn)生較大工頻續(xù)流，同桿架設的其他回路遭受到持續(xù)接地電弧影響出現(xiàn)短路。（5）沒有定期進行輸電線路的檢修、維護，導致其中的絕緣弱電不能及時消除，使得輸電線路耐雷性能下降。

3 輸電線路實際運行中的防雷技術

3.1 合理規(guī)劃輸電線路路徑

雷電活動是無法完全避免的。尤其是某些地區(qū)的雷電活動非常頻繁更容易造成雷擊事故。所以，要提前規(guī)劃輸電線路，盡可能地避開雷電活動頻繁區(qū)域，減少輸電線路雷擊事故。

具體來說，要避開如下區(qū)域：第一，地下含有導電礦物或地下水位高的區(qū)域；第二，平原、山區(qū)的交界處，或是地形地貌易改變的區(qū)域；第三，地區(qū)土質(zhì)的電阻易發(fā)生變化的區(qū)域，如斷層帶；第四，山區(qū)多風地帶、山口峽谷地帶；第五，植被較多的向陽區(qū)或是山丘頂部；第六，被河流、森林、水庫等包圍的盆地區(qū)域。這些區(qū)域極易發(fā)生雷擊現(xiàn)象，導致輸電線路受到雷擊。

3.2 安裝避雷設施

只有安裝避雷設施，才能提高輸電線路的防雷能力。但是施工人員需結(jié)合實際情況靈活選擇安裝不同類型的避雷設施，盡可能地發(fā)揮出避雷設施的作用。

首先，針對直擊雷可安裝如下避雷設施。第一，可安裝帶間隙的避雷器，提高輸電線路的耐雷水平，減少絕緣子閃絡。例如，可在輸電線路終極桿塔上安裝間隙避雷器，確保桿塔在遭受雷擊時絕緣子不發(fā)生閃絡。第二，在雷擊頻發(fā)的桿塔上架設避雷針。關于避雷針，盡量采用圓鋼或焊接鋼管制作的避雷針，并嚴格依據(jù)技術標準控制避雷針的針長、直徑。第三，安裝接地保護間隙。盡量在導線絕緣子之上每隔6～7基安裝一個接地保護間隙。第四，在易遭受雷擊的桿塔之上加裝絕緣子串片數(shù)，從而降低雷擊跳閘率。第五，安裝避雷線。主要是指采用接地的避雷線，并盡量選擇保護角較小的避雷線。但要注意電壓等級與避雷線造價成本是正相關關系，在中高壓等級的輸電線路中不能全線架設避雷線，以免成本過高。

其次，針對感應雷可安裝如下避雷設施。第一，安裝氧化鋅避雷器，抑制感應雷過電壓的危害，保護輸電線路的安全。這是目前應為最為廣泛的避雷設備。第二，可安裝耦合地線，降低輸電線路感應雷過電壓，減少絕緣閃絡。

最后，針對絕緣線雷擊可安裝如下避雷設施。第一，架設架空避雷線。這是一種非常傳統(tǒng)的避雷方法，其應用效果非常良好，且可以免除后續(xù)的維護工作。但是與傳統(tǒng)避雷線相比，架空避雷線的成本比較高，且防繞擊效果差，更容易使輸電線路遭受到反擊。所以，通常情況下多是在特殊輸電線路上安裝這種避雷設施。第二，安裝氧化鋅避雷器。雖然安裝氧化鋅避雷器可提高輸電線路耐雷水平，但是需注意這種避雷設施具有保護范圍小、成本高、必須暴露絕緣線等缺點。第三，可通過安裝架空絕緣線過電壓保護器，截斷工頻續(xù)流，限制雷電過電壓。但它具有每基桿投資成本高的缺點。第四，安裝長閃絡避雷器。其主要應用原理是中性點非直接接地的配電系統(tǒng)中的線路工作電壓、閃絡路徑長度比值變小時，工頻續(xù)流的發(fā)生率就會降低。而應用長閃絡避雷器的目的就是增大閃絡路徑長度值，使其比值變小。第五，安裝防雷支柱絕緣子，從根本上解決輸電線路絕緣導線遇雷斷掉的問題。防雷支柱絕緣子主要是由絕緣護罩、復合絕緣子及引弧棒等組成，如圖1所示。當雷擊發(fā)生時，引弧棒、下鋼腳之間會出現(xiàn)短路通道，將工頻電弧引到此處，從而有效保護導線不會被燒傷。此外，防雷支柱絕緣子還具有可拆卸的刺齒結(jié)構(gòu)，非常方便安裝，且所用材料的絕緣水平比較高，可有效提高絕緣子的使用性能。

3.3 降低鐵塔接地電阻

輸電線路鐵搭接地裝置與避雷線相連是以鐵塔或引下線為依托的。其作用就是在輸電線路遭受雷擊產(chǎn)生雷電流時將電流引入大地，從而降低雷擊對輸電線路的危害。而決定輸電線路耐雷水平的關鍵因素就是鐵塔基地裝置的接地電阻。其阻值越低，絕緣子所受雷電壓會越低，其發(fā)生反擊閃絡的概率也會下降。但接地電阻阻值會受到土壤性質(zhì)、接地裝置形狀等因素的影響。尤其是輸電線線路途經(jīng)區(qū)域的地理環(huán)境復雜，地質(zhì)條件多變，很有可能投入了較大人力、物力，也難以降低接地電阻。所以，在輸電線路設計早期就應采取措施降低鐵塔接地電阻，使其符合標準。

圖1 防雷支柱絕緣子示意圖

具體可采取如下實施方法。第一，運用降阻劑降低接地電阻。降阻劑具有多方面的優(yōu)勢。（1）降阻劑本身的電阻率非常低，與土壤電阻率相比差兩個數(shù)量級，將其包在接地體周邊可視為金屬，這樣就可認為接地體尺寸變大。（2）降阻劑可增強土壤、接地體的接觸面積，減少兩者之間的接觸電阻。（3）降阻劑具有一定的吸潮性，保持土壤潮濕。（4）糊狀降阻劑液會深入到土壤中，并擴散，使得滲透區(qū)域的土壤電阻降低。需要注意的是，市場上降阻劑的種類比較多，且性能不一。因此，在具體應用中需綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量、施工便捷性、價格、用量等因素，選擇合適的降阻劑。第二，爆破接地技術。這是一種新型降低接地裝置接地電阻技術，主要是通過運用爆破技術使土壤裂開，并再用壓力機向大地裂縫壓入電阻率低的材料，達到改善土壤導電性能的目的。顯然，這種方法比較適用于大范圍的土壤改性。但在具體應用中需注意：應合理爆破，以免波及到其他電力設備、線路，導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)更大的運行故障；不適用于硬度小、松散的土壤改性。第三，運用增加水平方向接地電阻長度的方法，降低鐵塔接地電阻。通常情況下，水平接地電阻長度越大，其電阻率越大。例如，當其長度為55 m時，其電阻率能達到500 Ω/m；當其長度增加到80 m時，電阻率能上升到2 000 Ω/m。但并不是水平接地電阻長度越大，電阻率就會越高。當其長度達到一定值時，電阻沖擊系數(shù)會逐漸穩(wěn)定，不再上升。

3.4 定期維護桿塔

經(jīng)過長時間運行，桿塔難免會受到外界環(huán)境的影響出現(xiàn)腐蝕、傾斜、裂痕等問題，出現(xiàn)使用性能下降問題。所以，為了進一步提高輸電線路的防雷性能，電力企業(yè)還應安排運維人員，定期進行桿塔的檢查、維護，確保桿塔始終處于良好運行狀態(tài)[2-3]。例如定期對桿塔接地裝置進行巡視、維護，重點檢查桿塔的接地引下線、接地螺栓、接地體、接地電阻值等，確保接地引下線完好、接地螺栓緊固、接地體無腐蝕、接地電阻值是否符合規(guī)范。若發(fā)現(xiàn)桿塔出現(xiàn)接地不良問題時，運維人員應及時采取更換、緊固、除銹等措施，提升桿塔接地性能，確保在雷擊發(fā)生時桿塔能起到應有的作用，保護輸電線路。此外，在線路桿塔接地裝置投入運行3-5年時，要進行接地裝置的開挖抽檢，確認接地裝置是否出現(xiàn)了劣化。若出現(xiàn)劣化則應及時更換、維護。對于運行年限超過20年，且連續(xù)區(qū)域段桿塔接地電阻偏大的桿塔接地裝置則要1-2年進行一次開挖抽檢。只有這樣才能提升線路桿塔使用性能，保證輸電線路的耐雷水平。

4 靈活設計防雷方案

不同輸電線路的運行環(huán)境、防雷設施建設、使用情況等存在不同。電力企業(yè)應結(jié)合實際情況，靈活制定防雷方案。尤其是根據(jù)以往的防雷技術方案實施情況，進行防雷方案的優(yōu)化、改進。在應用防雷技術時，運維人員還應結(jié)合實際情況進行技術論證，保證所用防雷技術能滿足電力系統(tǒng)的運行需求。

在輸電線路防雷設計中，設計人員需先進行線路走廊的雷電活動調(diào)查，充分了解輸電線路沿線區(qū)域的雷電活動特征，并確定易遭受雷擊區(qū)域、線路段及每段雷電參數(shù)統(tǒng)計值，從而為后續(xù)的防雷性能計算模型建立、繞擊耐雷性能、反擊耐雷性能計算提供數(shù)據(jù)參考。之后，就可以按照全壽命周期成本理論，確定輸電線路保護角、桿塔接地方式、接地裝置型式等防雷參數(shù)。

若是進行輸電線路防雷設計、設施的優(yōu)化、改造，則應對現(xiàn)有的輸電線路荷載情況、新防雷設施特點、新維護技術成效等進行分析，確認是更新防雷設施，還是維護防雷設施以及優(yōu)化防雷設計內(nèi)容。以接地網(wǎng)為例，在傳統(tǒng)防雷方案中多是按照接地裝置總體接地電阻大小，評估接地電阻是否合格。但實際上接地體截面積比較小時總接地電阻大小也符合要求，或者接地體腐蝕到很細時總接地電阻也會符合要求。對此，在防雷設施改造中應嚴格按照最大單項短路電流值進行熱穩(wěn)定校驗、選擇，并保證接地引下線截面積不小于主網(wǎng)干線截面積。同時，還應對接地引線進行檢測、維護，使其具有良好的導電性，在大故障電流下不會產(chǎn)生較大的電位差，并盡可能地縮短接地引線，確保短路電流能迅速通過。

5 結(jié) 論

雷擊會給輸電線路帶來各種危害，造成電力傳輸?shù)漠惓＃绊懙诫娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定性。電力企業(yè)應充分認識到這一點，并結(jié)合實際靈活應用合理規(guī)劃輸電線路、安裝防雷設施等防雷技術，降低各種不良因素對輸電線路防雷性能的影響，消除雷擊給輸電線路帶來的危害，保證輸電線線路的正常運行。