探析送電線路防雷措施

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　　摘要：文章通過分析高壓送電線路雷擊閃絡跳閘產生的原因，在進行線路防雷工作時，提出一些合理的防雷方式，以提高送電線路耐雷水平。

　　關鍵詞：送電線路；雷擊跳閘；防雷措施

　　一、概述

　　隨著國民經濟的發(fā)展與電力需求的不斷增長，電力生產的安全問題也越來越突出。對于送電線路來講，雷擊跳閘一直是影響高壓送電線路供電可靠性的重要因素。由于大氣雷電活動的隨機性和復雜性，目前世界上對輸電線路雷害的認識研究還有諸多未知的成分。架空輸電線路和雷擊跳閘一直是困擾安全供電的一個難題，雷害事故幾乎占線路全部跳閘事故1/3或更多。因此，尋求更有效的線路防雷保護措施，一直是電力工作者關注的課題。

　　河池電網處于桂西北山區(qū)地形劇變、峰高谷深，山巒起伏，線路雷擊跳閘是整個電網跳閘的重要原因，經常占到跳閘總數的80%～90%.且由于線路大多處于高山大嶺，降低雷擊跳部率對于日常線路設備的運行維護人員來說將大大降低勞動強度，且效益是不僅僅是金錢可以衡量的。

　　目前輸電線路本身的防雷措施主要依靠架設在桿塔頂端的架空地線，其運行維護工作中主要是對桿塔接地電阻的檢測及改造。由于其防雷措施的單一性，無法達到防雷要求。而推行的安裝耦合地線、增強線路絕緣水平的防雷措施，受到一定的條件限制而無法得到有效實施，如通常采用增加絕緣子片數或更換為大爬距的合成絕緣子的方法來提高線路絕緣，對防止雷擊塔頂反擊過電壓效果較好，但對于防止繞擊則效果較差，且增加絕緣子片數受桿塔頭部絕緣間隙及導線對地安全距離的限制，因此線路絕緣的增強也是有限的。而安裝耦合地線則一般適用于丘陵或山區(qū)跨越檔，可以對導線起到有效的屏蔽保護作用，用等擊距原理也就是降低了導線的暴露弧段。但其受桿塔強度、對地安全距離、交叉跨越及線路下方的交通運輸等因素的影響，因此架設耦合地線對于舊線路不易實施。因此研究不受條件限制的線路防雷措施就顯得十分重要，將安裝線路避雷器、降低桿塔接地電阻、進行綜合分析運用，從它們對防止雷擊形式的針對性出發(fā)，真正做到切實可行而又能收到實際效果。

　　二、雷擊線路跳閘原因

　　高壓送電線路遭受雷擊的事故主要與四個因素有關：線路絕緣子的50%放電電壓；有無架空地線；雷電流強度；桿塔的接地電阻。高壓送電線路各種防雷措施都有其針對性，因此，在進行高壓送電線路設計時，我們選擇防雷方式首先要明確高壓送電線路遭雷擊跳閘原因。

　　1.高壓送電線路繞擊成因分析。根據高壓送電線路的運行經驗、現場實測和模擬試驗均證明，雷電繞擊率與避雷線對邊導線的保護角、桿塔高度以及高壓送電線路經過的地形、地貌和地質條件有關。對山區(qū)的桿塔，計算公式是：

　　山區(qū)高壓送電線路的繞擊率約為平地高壓送電線路的3倍。山區(qū)設計送電線路時不可避免會出現大跨越、大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)；一些地區(qū)雷電活動相對強烈，使某一區(qū)段的線路較其它線路更容易遭受雷擊。

　　2.高壓送電線路反擊成因分析。雷擊桿、塔頂部或避雷線時，雷電電流流過塔體和接地體，使桿塔電位升高，同時在相導線上產生感應過電壓。如果升高塔體電位和相導線感應過電壓合成的電位差超過高壓送電線路絕緣閃絡電壓值，即Uj＞U50%時，導線與桿塔之間就會發(fā)生閃絡，這種閃絡就是反擊閃絡。

　　由以上公式可以看出，降低桿塔接地電阻Rch、提高耦合系數k、減小分流系數β、加強高壓送電線路絕緣都可以提高高壓送電線路的耐雷水平。在實際實施中，我們著重考慮降低桿塔接地電阻Rch和提高耦合系數k的方法作為提高線路耐雷水平的主要手段。

　　三、高壓送電線路防雷措施

　　清楚了送電線路雷擊跳閘的發(fā)生原因，我們就可以有針對性的對送電線路所經過的不同地段，不同地理位置的桿塔采取相應的防雷措施。目前線路防雷主要有以下幾種措施：

　　1.加強高壓送電線路的絕緣水平。高壓送電線路的絕緣水平與耐雷水平成正比，加強零值絕緣子的檢測，保證高壓送電線路有足夠的絕緣強度是提高線路耐雷水平的重要因素。

　　2.降低桿塔的接地電阻。高壓送電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據各基桿塔的土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓送電線路耐雷水平的基礎，是最經濟、有效的手段。

　　3.根據規(guī)程規(guī)定：在雷電活動強烈的地區(qū)和經常發(fā)生雷擊故障的桿塔和地段，可以增設耦合地線。由于耦合地線可以使避雷線和導線之間的耦合系數增大，并使流經桿塔的雷電流向兩側分流，從而提高高壓送電線路的耐雷水平。

　　4.適當運用高壓送電線路避雷器。由于安裝避雷器使得桿塔和導線電位差超過避雷器的動作電壓時，避雷器就加入分流，保證絕緣子不發(fā)生閃絡。根據實際運行經驗，在雷擊跳閘較頻繁的高壓送電線路上選擇性安裝避雷器可達到很好的避雷效果。目前在全國范圍已使用一定數量的高壓送電線路避雷器，運行反映較好，但由于裝設避雷器投資較大，設計中我們只能根據特殊情況少量使用。

　　本文主要對安裝線路避雷器、降低桿塔的接地電阻兩方面進行分析：

　　1.安裝線路避雷器。運用高壓送電線路避雷器。

　　由于安裝避雷器使得桿塔和導線電位差超過避雷器的動作電壓時，避雷器就加入分流，保證絕緣子不發(fā)生閃絡。我們在雷擊跳閘較頻繁的高壓送電線路上選擇性安裝避雷器。

　　線路避雷器一般有兩種：一種是無間隙型；避雷器與導線直接連接，它是電站型避雷器的延續(xù)，具有吸收沖擊能量可靠，無放電時延、串聯間隙在正常運行電壓和操作電壓下不動作，避雷器本體完全處于不帶電狀態(tài)，排除電氣老化問題；串聯間隙的下電極與上電極（線路導線）呈垂直布置，放電特性穩(wěn)定且分散性小等優(yōu)點；另一種是帶串聯間隙型，避雷器與導線通過空氣間隙來連接，只有在雷電流作用時才承受工頻電壓的作用，具有可靠性高、運行壽命長等優(yōu)點。一般常用的是帶串聯間隙型，由于其間隙的隔離作用，避雷器本體部分（裝有電阻片的部分）基本上不承擔系統運行電壓，不必考慮長期運行電壓下的老化問題，且本體部分的故障不會對線路的正常運行造成隱患。

　　線路避雷器防雷的基本原理：雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流經桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。

　　雷擊桿塔時塔頂電位迅速提高，其電位值為p； Ut=iRd+L.di/dt   （1）

　　式中，i—雷電流；

　　Rd—沖擊接地電阻；

　　L.di/dt—暫態(tài)分量。

　　當塔頂電位Ut與導線上的感應電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發(fā)生由塔頂至導線的閃絡。即Ut-U1＞U50，如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響，則為Ut-U1+Um＞U50.因此，線路的耐雷水平與3個重要因素有關，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強度和塔體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50%放電電壓是一定的，雷電流強度與地理位置和大氣條件相關，不加裝避雷器時，提高輸電線路耐雷水平往往是采用降低塔體的接地電阻，在山區(qū)，降低接地電阻是非常困難的，這也是為什么輸電線路屢遭雷擊的原因。

　　加裝線路避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔，一部分經塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應作用，將分別在導線和避雷線上產生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。但由于其費用較高，故綜合考慮后未進行行推廣運用。

　　2.降低桿塔的接地電阻。桿塔接地電阻增加主要有以下原因：

　?。?）接地體的腐蝕，特別是在山區(qū)酸性土壤中，或風化后土壤中，最容易發(fā)生電化學腐蝕和吸氧腐蝕，最容易發(fā)生腐蝕的部位是接地引下線與水平接地體的連接處，由腐蝕電位差不同引起的電化學腐蝕。有時會發(fā)生因腐蝕斷裂而使桿塔“失地”的現象。還有就是接地體的埋深不夠，或用碎石、砂子回填，土壤中含氧量高，使接地體容易發(fā)生吸氧腐蝕，由于腐蝕使接地體與周圍土壤之間的接觸電阻變大，甚至使接地體在焊接頭處斷裂，導致桿塔接地電阻變大，或失去接地。

　　（2）在山坡坡帶由于雨水的沖刷使水土流失而使接地體外露失去與大地的接觸。

　?。?）在施工時使用化學降阻劑，或性能不穩(wěn)定的降阻劑，隨著時間的推移降阻劑的降阻成分流失或失效后使接地電阻增大。

　?。?）外力破壞，桿塔接地引下線或接地體被盜或外力破壞。

　　高壓送電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據各基桿塔的土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓送電線路耐雷水平的基礎，是最經濟、有效的手段。

　　針對河池供電局部分線路接地電阻值長期以來偏大，降低了線路的耐雷水平。為確保線路安全運行，對不同的桿塔型式我們采用φ8的園鋼進行了接地網統一設計、統一加工，避免了高山大嶺上進行施工焊接造成工藝質量不合格等的可能，同時也減少了野外工作量，大大降低勞動強度，加快改造速度。通地改造使桿塔地網的接地電阻值大幅度降低，從而使線路的耐雷水平從理論上得到大大提高。

　　1.設計接地網改造型式。方案：利用絕緣搖表采用四極法進行土壤電阻率的測試，以及采用智能接地電阻測試儀，直測土壤電阻率。根據測試的土壤電阻率的結果進行比較再根據設計時所給予的接地裝置的型式，確定最終的接地體的敷設方案。

　　有架空地線路的線路桿塔的接地電阻

　　接地放射線

　?。?）土壤電阻率在10000歐。米及以上的桿塔：采用八根放射線不小于518米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在2300~3200歐。米的桿塔：采用八根放射線不小于518米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在1500~2300歐。米的桿塔：采用八根放射線不小于358米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在1200~1500歐。米的桿塔：采用八根放射線不小于238米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在750~1200歐。米的桿塔：采用八根放射線不小于198米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在500~750歐。米的桿塔：采用八根放射線不小于138米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在250~500歐。米的桿塔：采用八根放射線不小于118米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　?。?）土壤電阻率在250歐。米及以下的桿塔：采用八根放射線不小于388米的φ8圓鋼進行敷設并焊接。

　　2.桿塔接地裝置埋深：在耕地，一般采用水平敷設的接地裝置，接地體埋深不得小于0.8米；在非耕地，接地體埋深不得小于0.6米。在石山地區(qū)，接地體埋深不得小于0.3米。

　　3.接地電阻值不能滿足要求時，可適當延伸接地體射線，直至電阻值滿足要求為止，個別山區(qū)，如巖石地區(qū)，當射線已達8根80米以上者，可不再延長。

　　4.接地體的連接：采用搭接方式，兩接地體搭接長度不得小于圓鋼直徑的6倍。

　　5.防腐：焊接部位必須處理干凈再做防腐處理。

　　6.為了減少相鄰接地體的屏蔽作用，水平接地體之間的接近距離不得小于5米。

　　三、采取的措施

　　1.   對線路中測出的接地電阻不合格的桿塔的接地電阻進行重新測試；并測試土壤電阻率。

　　2.   對查出的接地電阻不合格的桿塔接地放射線進行開挖檢查，重新對本桿塔的敷設接地線，并進行焊接。

　　3.對檢查中發(fā)現已爛斷或無接地引下線的桿塔接地裝置進行焊接，并對接地電阻重新測試，不符合規(guī)定的重新進行敷設。

　　對被澆灌在保護帽內的接地引下線，采取的方式可為將引下線從保護帽內敲出，再重新澆灌保護帽或將引下線鋸斷重新進行焊接。

　　5.對重新敷設的接地電阻不合格的桿塔，再次使用降阻劑進行改造。

　　四、結語

　　在總結了送電線路防雷工作存在的問題和如何運用好常規(guī)防雷技術措施的基礎上，我們認為雷電活動是小概率事件，隨機性強，要做好送電線路的防雷工作，就必須抓住其關鍵點。綜上所述，為防止和減少雷害故障，設計中我們要全面考慮高壓送電線路經過地區(qū)雷電活動強弱程度、地形地貌特點和土壤電阻率的高低等情況，還要結合原有高壓送電線路運行經驗以及系統運行方式等，通過比較選取合理的防雷設計，提高高壓送電線路的耐雷水平。雷電活動是一個復雜的自然現象，需要電力系統內各個部門的通力合作，才能盡量減少雷害的發(fā)生，將雷害帶來的損失降低到最低限度。