送電線路的防雷措施

　　摘　要：本文通過分析高壓送電線路雷擊閃絡(luò)跳閘產(chǎn)生的原因，在進(jìn)行線路防雷工作時(shí)，提出一些合理的防雷方式，以提高送電線路耐雷水平。
　　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與電力需求的不斷增長，電力生產(chǎn)的安全問題也越來越突出。對(duì)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(dòng)的隨機(jī)性和復(fù)雜性，目前世界上對(duì)輸電線路雷害的認(rèn)識(shí)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(gè)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(hù)措施，一直是電力工作者關(guān)注的課題。
　　　桐廬電網(wǎng)處于浙西北山區(qū)，地形復(fù)雜，山巒起伏，線路雷擊跳閘是整個(gè)電網(wǎng)跳閘的重要原因，經(jīng)常占到跳閘總數(shù)的80%～90%。降低雷擊跳閘率對(duì)于日常線路設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)人員來說將大大降低勞動(dòng)強(qiáng)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(shè)在桿塔頂端的架空地線，其運(yùn)行維護(hù)工作中主要是對(duì)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(dá)到防雷要求。而推行的安裝耦合地線、增強(qiáng)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(shí)施，如通常采用增加絕緣子片數(shù)或更換為大爬距的合成絕緣子的方法來提高線路絕緣，對(duì)防止雷擊塔頂反擊過電壓效果較好，但對(duì)于防止繞擊則效果較差，且增加絕緣子片數(shù)受桿塔頭部絕緣間隙及導(dǎo)線對(duì)地安全距離的限制，因此線路絕緣的增強(qiáng)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(duì)導(dǎo)線起到有效的屏蔽保護(hù)作用，用等擊距原理也就是降低了導(dǎo)線的暴露弧段。但其受桿塔強(qiáng)度、對(duì)地安全距離、交叉跨越及線路下方的交通運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊懀�因此架設(shè)耦合地線對(duì)于舊線路不易實(shí)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(jìn)行綜合分析運(yùn)用，從它們對(duì)防止雷擊形式的針對(duì)性出發(fā)，真正做到切實(shí)可行而又能收到實(shí)際效果。
　　　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(gè)因素有關(guān)：線路絕緣子的50%放電電壓;有無架空地線;雷電流強(qiáng)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(duì)性，因此，在進(jìn)行高壓送電線路設(shè)計(jì)時(shí)，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(jù)高壓送電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測和模擬試驗(yàn)均證明，雷電繞擊率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及高壓送電線路經(jīng)過的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。
　　　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(shè)計(jì)送電線路時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)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(dòng)相對(duì)強(qiáng)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(shí)，雷電電流流過塔體和接地體，使桿塔電位升高，同時(shí)在相導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。如果升高塔體電位和相導(dǎo)線感應(yīng)過電壓合成的電位差超過高壓送電線路絕緣閃絡(luò)電壓值，導(dǎo)線與桿塔之間就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，這種閃絡(luò)就是反擊閃絡(luò)。
　　　理論分析可以得出，降低桿塔接地電阻、提高耦合系數(shù)、減小分流系數(shù)、加強(qiáng)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(shí)際實(shí)施中，我們著重考慮降低桿塔接地電阻和提高耦合系數(shù)的方法作為提高線路耐雷水平的主要手段。
　　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(duì)性的對(duì)送電線路所經(jīng)過的不同地段，不同地理位置的桿塔采取相應(yīng)的防雷措施。目前線路防雷主要有以下幾種措施：
　　1.加強(qiáng)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(qiáng)零值絕緣子的檢測，保證高壓送電線路有足夠的絕緣強(qiáng)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(jù)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(chǔ)，是最經(jīng)濟(jì)、有效的手段。
　　3.根據(jù)規(guī)程規(guī)定：在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)和經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和地段，可以增設(shè)耦合地線。由于耦合地線可以使避雷線和導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)增大，并使流經(jīng)桿塔的雷電流向兩側(cè)分流，從而提高高壓送電線路的耐雷水平。
　　4.適當(dāng)運(yùn)用高壓送電線路避雷器。由于安裝避雷器使得桿塔和導(dǎo)線電位差超過避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器就加入分流，保證絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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(dá)到很好的避雷效果。目前在全國范圍已使用一定數(shù)量的高壓送電線路避雷器，運(yùn)行反映較好，但由于裝設(shè)避雷器投資較大，設(shè)計(jì)中我們只能根據(jù)特殊情況少量使用。
　　　本文主要對(duì)安裝線路避雷器、降低桿塔的接地電阻兩方面進(jìn)行分析：
　　1.安裝線路避雷器。運(yùn)用高壓送電線路避雷器。由于安裝避雷器使得桿塔和導(dǎo)線電位差超過避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器就加入分流，保證絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。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(dǎo)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(shí)延、串聯(lián)間隙在正常運(yùn)行電壓和操作電壓下不動(dòng)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(lián)間隙的下電極與上電極(線路導(dǎo)線)呈垂直布置，放電特性穩(wěn)定且分散性小等優(yōu)點(diǎn);另一種是帶串聯(lián)間隙型，避雷器與導(dǎo)線通過空氣間隙來連接，只有在雷電流作用時(shí)才承受工頻電壓的作用，具有可靠性高、運(yùn)行壽命長等優(yōu)點(diǎn)。一般常用的是帶串聯(lián)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(dān)系統(tǒng)運(yùn)行電壓，不必考慮長期運(yùn)行電壓下的老化問題，且本體部分的故障不會(huì)對(duì)線路的正常運(yùn)行造成隱患。
　　　線路避雷器防雷的基本原理：雷擊桿塔時(shí)，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(jīng)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(shí)塔頂電位迅速提高，其電位值為
　　　Ut=iRd+L.di/dt (1) 式中
　　　i——雷電
　　　Rd——沖擊接地電阻
　　　L.di/dt ——暫態(tài)分量
　　　當(dāng)塔頂電位Ut與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時(shí)，將發(fā)生由塔頂至導(dǎo)線的閃絡(luò)。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(gè)重要因素有關(guān)，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強(qiáng)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(qiáng)度與地理位置和大氣條件相關(guān)，不加裝避雷器時(shí)，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(dāng)輸電線路遭受雷擊時(shí)，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(jīng)塔體入地，當(dāng)雷電流超過一定值后，避雷器動(dòng)作加入分流。大部分的雷