電力系統防雷重要性及技術措施探討

云南電網有限責任公司昆明供電局 陳柯豪 胡浩卿 云 霄

電力系統在運行過程中會受到外界因素的影響，其中雷擊是對系統影響最大的一種方式。因此必須針對電力系統的運行環境，選擇合理的技術降低雷擊的影響，降低雷擊對電力系統正常工作的破壞，為電力系統的正常運行創造保證。

1 電力系統防雷重要性

1.1 電力系統概述

電力是人們生活、生產的重要動力，隨著國家生產力的發展和市場需求的增加，電力也變得越來越重要。為滿足對市場的需求，電力系統的建設相比過去明顯加快，已成為國家最主要的能源之一，因此需保證電力系統的穩定性，避免內因和外因對電力系統正常運行的影響，從而給社會發展提供保證。但電力系統運行過程中很難避免各種因素所導致的影響，尤其是在輸電線在室外的情況下，會直接受到極端天氣條件的破壞，影響系統的穩定運行。

1.2 雷電的影響分析

雷電是一種自然現象，具有非常高的破壞力，如果電力系統受到雷擊，往往會導致比較嚴重的事故和損失。雷電對電力系統的破壞主要包括：

直擊雷。是雷電直接擊中變電設備或電力系統線路、直接對電力系統造成作用，并不會有其他的阻隔物體產生影響，所以對系統傷害是最大的。直擊雷會直接作用到配電線路，如果靜電流存在過電感應，兩種電流會合之后就會進入電力設備，對設備產生嚴重損害；雷云電感應。在雷云下可能會有靜電感應的情況發生，對于不同高度的電力線路會有不同的感應電壓，一般在雷云下發生且會有一定的靜電效果產生，從而導致雷擊的出現。

電磁感應產生雷擊。這種情況下導致的雷擊來自引下線所導致，在引下線埋入地下時，一般會在周圍存有一定量的金屬線管，由此會導致金屬線管產生電磁感應效應，最終導致了雷擊的出現；避雷設備導致反擊。目前很多地區都已安裝了防雷系統，包括避雷針、避雷網等，如出現雷擊避雷設備就會產生反應，導致雷電直接集中在這類設備上，從而導致地表電壓的上升，如果壓力足夠，就會導致高壓通過接地線返回避雷設備，造成反擊。

1.3 電力系統防雷保護的重要性

雷電對電力系統會造成十分嚴重的破壞，不僅會直接破壞電力線路和電力設備，還會因電力系統故障影響周邊供電，影響正常的工業生產和生活，導致嚴重的直接、間接經濟損失[1]。且設備在被雷電擊中后很難迅速完成搶修工作，對生活會造成巨大影響。因此電力系統應做好防雷工作，針對不同種類的雷擊防范需求做好防護，減少雷電對電力系統正常運行的影響，提升供電的穩定性。

2 高壓交流輸電線路防雷保護工作

目前國內主要的輸電網絡為超高壓交流輸電網絡，這類輸電線路一般處在曠野中，地理范圍跨度很大，且所處地理環境也比較復雜，因此很易受到雷擊影響。但這類電路對電力系統的運行極為重要，所以必須采取針對性方式達到防雷目的。

2.1 架設地線

是高壓線路十分基本的防雷措施，同時也是電力系統防雷工作的基礎，依靠該技術可避免直擊雷，從而保護電力系統的導線。在雷擊中塔頂后地線能對雷電進行分流，讓雷電的能量被大地吸收，有效降低塔頂的電位，使用該方法可對導線發揮出耦合作用，有效降低在電塔上的絕緣電壓[2]。對于非直擊桿塔，依靠架空導線的瓶體作用也可有效降低到線上的感應過電壓。

2.2 減小對地導線的保護角

經過試驗和理論分析結果，避雷線的對邊保護角和線路雷電繞擊率是成正比的，所以通過降低保護角才能降低繞擊的概率。一般山區線路的繞擊率是平原線路的三倍，因此在布置避雷線路時其保護角必須做到因地制宜，比如在山區經過時，甚至可以設置零度或負保護角。

2.3 合理使用線路避雷器

線路避雷器在應用時需和線路的絕緣子并聯，如電路遭到了雷擊，避雷器就能利用絕緣子串的50%釋放電壓，即便在雷擊導致電流增大的情況下，避雷器的殘壓也并不會有太明顯的增加，這樣就避免了絕緣子出現閃絡問題。在完成避雷器安裝后，擊中導線的雷電流就會被分流從而降低影響，一部分電流會流經避雷線、另一部分會流向導線，從而產生導線之間的電磁感應，分別在導線和避雷線上導致耦合，造成導線的電位升高，此時導線和塔頂之間的電位差會小于絕緣子串的閃絡電壓，能有效避免絕緣子出現閃絡問題[3]。

在實際應用中，需注意避雷器的容量是有限的，在雷電電流過大的情況下，線路避雷器可能會被燒毀甚至爆炸，導致其分流作用失效，甚至會加大電路維護的難度。但這種情況的發生概率較小，因為過大的雷電流一般會直接擊中地面，所以在實際應用中并不會有太多影響。由于避雷器的價格較高，因此須在對線路安裝前做好經濟性上的分析，以及充分了解線路所經過的環境，選擇雷擊發生概率較高、比較嚴重的位置安裝，如水電站升壓站、鐵塔、大跨越高鐵塔、多累計雙回路線路等。

2.4 做好導線排布的設計

對于雙回或多回交流線路可采用不同的方式進行導線的排布，從而利用排布方式達到降低回路同時跳閘率目的，從而有效避免線路中斷。比如對雙回路線路，為達到防雷目的，在工程建設中就可采用正序排序、逆序排序、上下三角排序的方法。通過對三種排序方式的反擊跳閘率進行計算，正序、逆序和上下三角的單回跳閘率分別是0.172、0.185和0.186，雙回跳閘率分別是0.172、0.063和0.000，雖然單回跳閘率可能略高，但雙回跳閘率非常低。在工程的實際建設中可結合現場實際情況來獲得最合理的方法。

2.5 使用不平衡高絕緣方式

為避免雙回跳閘率過高，可采用不平衡絕緣方式，利用弱絕緣回路導線先出現閃絡加強對另一側回路的屏蔽作用，從而達到雙回路同時跳閘的目的。但在實際應用中容易出現跳閘率增加的情況，導致雙回跳閘率不能有明顯的效果。通過改進可采取增強一側回路絕緣強度、保持另一側回路絕緣強度不變的方式，能降低總跳閘率，以及有效降低雙回路同時跳閘的概率。

2.6 降低塔桿接地電阻

接地電阻對線路的耐雷水平有明顯的影響，所以可在實際工程中根據電阻率的大小，選擇相應的接地裝置來有效降低塔桿的接地電阻，滿足實際應用的要求，確保系統更加耐雷。如果土壤的電阻率較低，只需采用環形接地裝置來滿足電阻的要求；如電阻率相對較高，則可通過在環形接地裝置上焊接多根線型導體，然后利用電阻率的大小來選擇射線長度；對于電阻率超過2000歐姆的地區，尤其是河床、沙漠等地段，可將塔桿埋入較深的地下，以及提升塔桿的吸水性來保證導電性能。

3 變電站發電廠的防雷

3.1 直擊雷保護

避雷針。變電站和發電廠一般使用獨立避雷針來進行保護工作，以保證在受到雷擊后，獨立避雷針和受保護的變電站之間能保持一定的距離，避免受到損壞。我國當前對不同變電站、發電廠的要求有一定區別，所以要結合實際情況進行避雷針的選擇[4]。對35kV及以下配電裝置變電站必須采用獨立避雷針；60kV配電裝置在電容較小的地區可使用構架避雷針，但如果地點的電容較大，就可使用獨立避雷針。

避雷線。可在變電站或發電廠的屋頂利用金屬線構成封閉的環形制作避雷線，降低雷電的影響。應用避雷線時也要考慮空氣和地下間隙的作用，控制好反擊距離；做好接地網的鋪設。接地網絡使用多個接地體干線組成網絡，具有可靠和電阻小的特點，適合在擁有大量電氣設備時進行接地工作，所以一般會使用在大型變電所、配電所中。利用接地網要保證均壓，即保證每個節點都有相等的電壓，對于設備的安全運行也十分重要。

3.2 防止雷電侵入波

雷電的電流具有非常大的峰值和陡度，所以在其周圍會瞬間出現電磁場，然后會有較大的電動勢，從而在一定范圍內形電動勢，會對三維空間內的所有電路設備都產生作用[5]。所以會在一瞬間產生很高的電壓，甚至會造成起火的情況。為避免雷電侵入波的影響，變電站和發電站一般都會使用避雷器作為防雷措施，使用時，會將變電站和發電廠中的閥式避雷器與被保護絕緣不接在同一個點上，并將閥式避雷器安裝于母線，達到保護多個電氣設備目的。

4 直流輸電系統的防雷策略

直流輸電系統已成為我國電力系統的重要組成部分，由于雷擊會導致直流輸電線路出現絕緣閃絡，從而導致較大的短路直流，因此對直流輸電系統的危害較大。對直流系統的防雷保護中可采用減小避雷保護角的方法，使用該方法可以和交流電一樣能降低雷擊線路的閃絡幾率。也可采取增加線路絕緣和減小塔桿電阻的方法，可將雷擊電路反擊閃絡概率有效降低。

綜上，雷擊會對電力系統造成十分嚴重破壞，因此對電力系統做好防雷擊工作極為重要。需根據電力系統的類型選擇合適的防雷擊技術，嚴格按照技術標準開展防雷擊工作，為電力系統的穩定運行創造安全保證。