110 kV輸電線路的防雷技術(shù)分析

陳長紅

(江蘇省電力公司大豐市供電公司，江蘇 鹽城 224100)

摘要：電能的發(fā)明及應(yīng)用帶動了世界第三次科技革命，使人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式發(fā)生了徹底的改變，同時(shí)推動了社會的高速發(fā)展。在將發(fā)電站發(fā)出的電傳遞到千家萬戶的過程中，輸電線路是必不可少的介質(zhì)。由于輸電線路很大一部分是暴露在室外的，因此會受到自然環(huán)境如風(fēng)吹、日曬、雨淋、雷擊等因素的干擾，在眾多影響因素中，雷擊對輸電線路的安全性影響較大，因此需加強(qiáng)對輸電線路防雷技術(shù)的研究?，F(xiàn)對110 kV輸電線路的防雷技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：輸電線路；防雷；雷擊；危害

收稿日期:2015-04-30

作者簡介：陳長紅(1980—)，男，湖北漢川人，電力工程師，從事輸電線路運(yùn)檢工作。

0引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，各種先進(jìn)的電力設(shè)施被應(yīng)用到國內(nèi)電力行業(yè)中，提升了電網(wǎng)配置的性能。目前，我國電力設(shè)施在短期低壓供電領(lǐng)域的安全性能比較穩(wěn)定，輸電線路具有有效的防護(hù)，然而在高壓如110 kV輸電線路的運(yùn)行過程中仍存在較多缺陷。由于在高壓輸電線路運(yùn)行過程中，雷擊是影響其性能的重要因素，因此本文將重點(diǎn)對110 kV輸電線路的防雷技術(shù)進(jìn)行分析。

1雷擊對110 kV輸電線路的主要危害

在全球工業(yè)發(fā)展過程中，受自然資源過度開采、污染物及溫室氣體排放超標(biāo)等因素影響，世界各地的環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞，氣候變得反復(fù)無常，全球氣溫變暖、暴雨雷電天氣頻發(fā)。這種惡劣的氣候環(huán)境對輸電線路的危害非常大，嚴(yán)重影響著輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對于大面積分布于城鄉(xiāng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)的110 kV高壓輸電線路也是如此。首先，當(dāng)輸電線路受到雷擊時(shí)會出現(xiàn)短路或絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象，導(dǎo)致線路跳閘，供電過程中斷，無法完成供電任務(wù)。其次，由于110 kV高壓輸電線路是依據(jù)用電區(qū)域的地理環(huán)境進(jìn)行架空設(shè)計(jì)的，當(dāng)用電區(qū)域雷擊現(xiàn)象頻繁時(shí)，在該區(qū)域設(shè)置防雷設(shè)施時(shí)就需克服很多經(jīng)濟(jì)成本及架設(shè)技術(shù)方面的難題。此外，在對一些位置偏遠(yuǎn)的山區(qū)用戶進(jìn)行供電時(shí)，由于交通不便，線路工作人員對該區(qū)域供電線路展開檢查維護(hù)工作非常困難，而這些區(qū)域受雷擊的頻率很大，因此雷擊會對該區(qū)域的輸電線路造成更大的破壞，甚至?xí)：χ車罕姷娜松戆踩?/p>

2雷擊跳閘危害頻發(fā)的原因

為加強(qiáng)對110 kV輸電線路的雷擊防護(hù)，需首先弄清楚雷擊危害頻發(fā)的原因，從中找到現(xiàn)有防雷設(shè)施的不足之處，從而實(shí)施更有效的防雷措施。

下面就雷擊主要危害——線路跳閘現(xiàn)象頻發(fā)的原因進(jìn)行探討：(1) 桿塔接地電阻阻值過高是輸電線路受雷擊后發(fā)生跳閘的最主要原因。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國境內(nèi)的輸電線路30%以上的雷擊跳閘事故是由桿塔接地電阻阻值過大造成的。(2) 避雷設(shè)施不完善，僅采用單避雷線是導(dǎo)致輸電線路發(fā)生雷擊跳閘事故的第二大原因。特別是在邊遠(yuǎn)山區(qū)受雷擊影響較重的區(qū)域，單避雷線設(shè)施無法有效地對輸電線路進(jìn)行防護(hù)，導(dǎo)致雷擊跳閘事故頻發(fā)。(3) 輸電線路布局不合理。組立桿塔一側(cè)無耦合地線，另一側(cè)有耦合地線，導(dǎo)致輸電線路受雷擊后導(dǎo)線間發(fā)生耦合，開關(guān)跳閘。(4) 避雷裝置沒有在輸電線路上正確安裝，導(dǎo)致輸電線路受雷擊后不能得到有效的防護(hù)。(5) 防雷措施前期沒有經(jīng)過正確的測量，導(dǎo)致實(shí)際防護(hù)與理論防護(hù)發(fā)生嚴(yán)重偏差。例如：當(dāng)對桿塔接地電阻進(jìn)行校正測量時(shí)，如使用的方法不對，導(dǎo)致測量值合適而實(shí)際值超標(biāo)，那么即使防雷設(shè)施布置正確也無法有效地對輸電線路進(jìn)行防護(hù)。

同時(shí)，輸電線路發(fā)生雷擊跳閘事故的頻率與輸電線路設(shè)計(jì)的位置有很大關(guān)系。如果輸電線路設(shè)立在孤立的山頭上，由于當(dāng)?shù)赝寥离娮杪蔬^高、雷電天氣頻發(fā)，且桿塔受地勢約束分布間距大，相鄰線路無法進(jìn)行協(xié)力防護(hù)，那么該區(qū)域發(fā)生雷擊跳閘事故的頻率就會很大。

3影響110 kV輸電線路防雷能力的因素

當(dāng)桿塔受到雷擊后，雷電產(chǎn)生的電流一部分會傳遍桿塔整體后導(dǎo)入地面，另一部分會通過避雷線分流到其他桿塔上。由于自然雷雨天氣是人類無法阻止的，因此我們無法阻止輸電線路受到雷擊，可以做的只能是加強(qiáng)輸電線路的防雷能力。影響輸電線路防雷能力的因素主要有3個(gè)：第一是雷電流的強(qiáng)度，第二是桿塔接地電阻的阻值，第三是輸電線路絕緣子放電電壓。其中雷電流的強(qiáng)度大小是雷電自然特性，人類無法控制；絕緣子放電電壓是固定值，無法改變，因此，影響輸電線路防雷能力的可控因素主要為接地電阻的阻值。

4提高110 kV輸電線路防雷能力的措施

一般情況下，減小接地電阻可以提高輸電線路的防雷能力，但對于地形復(fù)雜的區(qū)域，該方法很難具體實(shí)施，需研究其他防雷措施的可行性。

4.1安裝基于鉗電位防護(hù)原理的避雷器

為加強(qiáng)輸電線路的雷擊防護(hù)能力，可以在輸電線路上安裝避雷器。因?yàn)楸芾灼骺梢詫⒗讚綦娏鞣至鞯捷旊娋€及避雷線上，這樣輸電線及避雷線會受電磁作用的影響發(fā)生耦合，導(dǎo)致輸電線電位迅速升高，從而使絕緣子串間的Δφ高于桿塔頂端和輸電線間絕緣子串間的Δφ，絕緣子會因電位低于閃絡(luò)電壓而無法發(fā)生閃絡(luò)。

4.2將不平衡絕緣法應(yīng)用到防雷措施中

由于110 kV輸電線路經(jīng)常使用雙回路架設(shè)的方法，因此普通的防雷措施難以起到有效的防護(hù)作用。為了解決該問題，防雷專家研究出了不平衡絕緣的防雷方法。其充分利用耦合地線的導(dǎo)流優(yōu)勢，提高高壓線路的防雷效果。具體原理為在110 kV輸電線路中無規(guī)律地串聯(lián)絕緣子片，當(dāng)輸電線路受到雷擊后，絕緣子片閃絡(luò)現(xiàn)象會在擁有絕緣子片數(shù)目少的位置發(fā)生。此時(shí)，由于110 kV輸電線路與大地間有地線相連接，部分雷電流會通過地線傳播至大地，從而降低雷擊造成的高電位，削弱瞬間雷擊對輸電線路的影響。

4.3在關(guān)鍵區(qū)域建立大型引雷塔

實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，在110 kV輸電線路分布集中的區(qū)域受雷電襲擊的次數(shù)最多，危害最大。因此，為了對該區(qū)域的輸電設(shè)施進(jìn)行更有效的防護(hù)，電力部門可以在普通防護(hù)措施的基礎(chǔ)上，在該關(guān)鍵區(qū)域建立大型引雷塔，利用其將雷電吸引過來，并將雷電產(chǎn)生的強(qiáng)電流導(dǎo)入大地，從而減小雷電襲擊輸電線路的可能性。

4.4使用先進(jìn)的多功能避雷針

為了提高防雷設(shè)施的防雷能力，近年來，防雷專家研發(fā)了多種功能全面的避雷針。這些先進(jìn)的避雷針具有可控性、防繞擊、多方位的特點(diǎn)，而且其在設(shè)計(jì)上充分使用了“迎面先導(dǎo)”的導(dǎo)電原理，基于避雷針短小的特點(diǎn)，使其主要對雷擊的補(bǔ)位電流進(jìn)行消釋。為了保障使用性能，必須滿足兩方面的附屬條件：(1) 必須具有較小的保護(hù)角；(2) 其針尖附近的電場強(qiáng)度不能過高。當(dāng)這兩方面條件完全具備時(shí)，這種先進(jìn)的避雷針即可充分發(fā)揮其在迅速導(dǎo)電方面的優(yōu)勢，提高防雷設(shè)施的防雷能力。

5結(jié)語

由于我國國土面積大，用電區(qū)域較為分散，因此，在對偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行供電時(shí)，110 kV輸電線路會很長，且在特定區(qū)域內(nèi)會較為集中，一旦該線路受到雷擊破壞，電力部門很難對其進(jìn)行及時(shí)、有效的維護(hù)，這就嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)和生活。近年來，世界各地的天氣變得越來越異常，暴雨雷電天氣頻發(fā)，這種惡劣的氣候環(huán)境對輸電線路的危害越來越大，尤其是對于110 kV高壓輸電線路。因此，應(yīng)根據(jù)我國輸電線路的分布特點(diǎn)，因地制宜地選取最優(yōu)防雷方法，保障110 kV輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。

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