送電線路防雷措施探析論文
【摘要】文章通過(guò)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。
【關(guān)鍵詞】送電線路；雷擊跳閘；防雷措施
一、概述
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與電力需求的不斷增長(zhǎng)，電力生產(chǎn)的安全問(wèn)題也越來(lái)越突出。對(duì)于送電線路來(lái)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。
河池電網(wǎng)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(gè)電網(wǎng)跳閘的重要原因，經(jīng)常占到跳閘總數(shù)的80%～90%。且由于線路大多處于高山大嶺，降低雷擊跳部率對(duì)于日常線路設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)人員來(lái)說(shuō)將大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，且效益是不僅僅是金錢(qián)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(cè)及改造。由于其防雷措施的單一性，無(wú)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(wú)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(lái)提高線路絕緣，對(duì)防止雷擊塔頂反擊過(guò)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)纫蛩氐挠绊懀虼思茉O(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。
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(gè)因素有關(guān)：線路絕緣子的50%放電電壓；有無(wú)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(chǎng)實(shí)測(cè)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(guò)的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。對(duì)山區(qū)的桿塔，計(jì)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(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(guò)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(guò)電壓。如果升高塔體電位和相導(dǎo)線感應(yīng)過(guò)電壓合成的電位差超過(guò)高壓送電線路絕緣閃絡(luò)電壓值，即Uj＞U50%時(shí)，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)。
由以上公式可以看出，降低桿塔接地電阻Rch、提高耦合系數(shù)k、減小分流系數(shù)β、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Rch和提高耦合系數(shù)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(duì)性的對(duì)送電線路所經(jīng)過(guò)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(cè)，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(guò)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(guó)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(guò)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?cè)诶讚籼l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(wú)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(wú)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(wèn)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(guò)空氣間隙來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)期運(yùn)行電壓下的老化問(wèn)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(guò)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(lái)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——雷電流；
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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)一定值后，避雷器動(dòng)作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因?yàn)楸芾灼鞯姆至鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)線電位提高，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于
絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，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(jìn)行防雷的明顯特點(diǎn)。但由于其費(fèi)用較高，故綜合考慮后未進(jìn)行行推廣運(yùn)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：
�。�1）接地體的腐蝕，特別是在山區(qū)酸性土壤中，或風(fēng)化后土壤中，最容易發(fā)生電化學(xué)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(xué)腐蝕。有時(shí)會(huì)發(fā)生因腐蝕斷裂而使桿塔“失地”的現(xiàn)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?chē)寥乐g的接觸電阻變大，甚至使接地體在焊接頭處斷裂，導(dǎo)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。
�。�3）在施工時(shí)使用化學(xué)降阻劑，或性能不穩(wěn)定的降阻劑，隨著時(shí)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。
（4）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(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。
針對(duì)河池供電局部分線路接地電阻值長(zhǎng)期以來(lái)偏大，降低了線路的耐雷水平。為確保線路安全運(yùn)行，對(duì)不同的桿塔型式我們采用φ8的園鋼進(jìn)行了接地網(wǎng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一加工，避免了高山大嶺上進(jìn)行施工焊接造成工藝質(zhì)量不合格等的可能，同時(shí)也減少了野外工作量，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加快改造速度。通地改造使桿塔地網(wǎng)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(shè)計(jì)接地網(wǎng)改造型式。方案：利用絕緣搖表采用四極法進(jìn)行土壤電阻率的測(cè)試，以及采用智能接地電阻測(cè)試儀,直測(cè)土壤電阻率。根據(jù)測(cè)試的土壤電阻率的結(jié)果進(jìn)行比較再根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所給予的接地裝置的型式，確定最終的接地體的敷設(shè)方案。
有架空地線路的線路桿塔的接地電阻
接地放射線
�。�1）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
（2）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
�。�3）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
�。�4）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
�。�5）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
�。�6）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
（7）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(jìn)行敷設(shè)并焊接。
�。�8）土壤電阻率在250歐·米及以下的桿塔：（下轉(zhuǎn)第192頁(yè)）（上接第194頁(yè)）采用八根放射線不小于388米的φ8圓鋼進(jìn)行敷設(shè)并焊接。
2．桿塔接地裝置埋深：在耕地，一般采用水平敷設(shè)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(shí)，可適當(dāng)延伸接地體射線，直至電阻值滿足要求為止，個(gè)別山區(qū)，如巖石地區(qū)，當(dāng)射線已達(dá)8根80米以上者，可不再延長(zhǎng)。
4．接地體的連接：采用搭接方式，兩接地體搭接長(zhǎng)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。
四、采取的措施
1.對(duì)線路中測(cè)出的接地電阻不合格的桿塔的接地電阻進(jìn)行重新測(cè)試；并測(cè)試土壤電阻率。
2.對(duì)查出的接地電阻不合格的桿塔接地放射線進(jìn)行開(kāi)挖檢查，重新對(duì)本桿塔的敷設(shè)接地線，并進(jìn)行焊接。
3．對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)已爛斷或無(wú)接地引下線的桿塔接地裝置進(jìn)行焊接，并對(duì)接地電阻重新測(cè)試，不符合規(guī)定的重新進(jìn)行敷設(shè)。
4．對(duì)被澆灌在保護(hù)帽內(nèi)的接地引下線，采取的方式可為將引下線從保護(hù)帽內(nèi)敲出，再重新澆灌保護(hù)帽或?qū)⒁戮�鋸斷重新進(jìn)行焊接。
5．對(duì)重新敷設(shè)的接地電阻不合格的桿塔,再次使用降阻劑進(jìn)行改造。
五、結(jié)語(yǔ)
在總結(jié)了送電線路防雷工作存在的問(wèn)題和如何運(yùn)用好常規(guī)防雷技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為雷電活動(dòng)是小概率事件，隨機(jī)性強(qiáng)，要做好送電線路的防雷工作，就必須抓住其關(guān)鍵點(diǎn)。綜上所述，為防止和減少雷害故障，設(shè)計(jì)中我們要全面考慮高壓送電線路經(jīng)過(guò)地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)弱程度、地形地貌特點(diǎn)和土壤電阻率的高低等情況，還要結(jié)合原有高壓送電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等，通過(guò)比較選取合理的防雷設(shè)計(jì)，提高高壓送電線路的耐雷水平。雷電活動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的自然現(xiàn)象，需要電力系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部門(mén)的通力合作，才能盡量減少雷害的發(fā)生，將雷害帶來(lái)的損失降低到最低限度。
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