孔存旺

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司武山銅礦，江西瑞昌 332204）

1 引言

武銅110/6kV 總降壓變電站采用兩回路110kV架空進(jìn)線，總降壓變電站共有20 條6kV 的供配電線路用以滿足生產(chǎn)的需要，其中包括礦山通風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等一級負(fù)荷的雙回路架空線路。由于各架空線路架設(shè)面廣且多數(shù)位處山地丘林，春夏之際雷雨頻繁，線路時常受到雷害侵襲造成跳閘事故或由于避雷設(shè)備本身故障導(dǎo)致線路故障跳閘，不僅造成供電線路的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時影響整個礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此提高供電線路的防雷性能顯得的尤為重要。

2 供電線路遭受雷擊的原因與危害

在供電系統(tǒng)中，高壓線路比較容易受到雷擊危害，這是因?yàn)樵诰€路中會應(yīng)用到各種金屬材料的構(gòu)件，金屬構(gòu)件的使用一定程度上增加了其遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，供電線路受到雷擊時會通過金屬構(gòu)件產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，使得感應(yīng)電壓也隨之增大，感應(yīng)電壓高到一定程度時導(dǎo)致供電線路電壓急劇提升［1］，最終的結(jié)果就是線路出現(xiàn)故障、跳閘影響線路的正常運(yùn)行。供電線路遭受雷擊的原因有多種，大致的可以分為以下幾點(diǎn)：

（1）供電線路自身的絕緣水平不高，這也是線路遭受雷擊的首要原因；

（2）防雷措施不全面導(dǎo)致線路的防雷水平不足；

（3）防雷裝置安裝后，在使用過程中的檢查和維護(hù)不及時。尤其是在雷雨天氣較多的季節(jié)來臨之前，要對防雷裝置進(jìn)行系統(tǒng)的檢查和維護(hù)。

雷擊的危害可分為直擊雷、感應(yīng)雷和逆流雷三種。直擊雷是最易給供電線路造成破壞，也是危害最嚴(yán)重的。因雷電直接擊中供電線路后導(dǎo)致線路電壓很高，此時到達(dá)線路的電流和電壓都很高，給電力線路造成的損失或危害也越大；感應(yīng)雷是線路旁的建筑物或其他物體如樹枝在受到雷電打擊時改變了線路周邊的電磁場，進(jìn)而造成線路高電壓，感應(yīng)雷也會影響或破壞供電的穩(wěn)定性；逆流雷是由于雷擊中建筑物，建筑物的接地電阻變大，則建筑物的接地電位也隨之上升，此時一部分落雷中攜帶的電流將會到達(dá)供電線路中，影響線路供電的安全［2］。

3 供電線路防雷裝置的原理

防雷技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，一般分為外部防雷和內(nèi)部防雷兩個方面。外部防雷主要是通過金屬桿，引下線和接地體系組成，當(dāng)線路遇到雷擊時，通過金屬桿、引下線將雷擊產(chǎn)生的大電流引入接地體系中，最終將電流導(dǎo)入大地，避免對線路的運(yùn)行造成影響；內(nèi)部防雷是過電壓保護(hù)，限制電壓幅值，均衡系統(tǒng)的電位［3］。

目前常用的防雷技術(shù)主要有疏導(dǎo)式和堵塞式。疏導(dǎo)式防雷是通過電流的釋放來實(shí)現(xiàn)如降低桿塔接地電阻，加裝耦合地線，安裝并聯(lián)保護(hù)間隙，線路直連氧化鋅避雷器等；堵塞式防雷是通過提高線路自身的承受雷擊能力來實(shí)現(xiàn)，如安裝避雷線，增強(qiáng)線路的絕緣子串長度，采用絕緣桿塔和橫擔(dān)，埋設(shè)電纜等［4］；此外還有工頻電弧誘導(dǎo)性防雷措施及雷電弧誘導(dǎo)性防雷措施?？傊行У姆览状胧?yīng)能保證線路的正常運(yùn)行。

4 供電線路中常用的防雷具體措施

4.1 安裝避雷線

安裝避雷線是目前供電線路中常用且主要的防雷措施之一，在我國35kV 及以上的輸電線路均要求架設(shè)避雷線［4］，避雷線的主要作用是將雷電流進(jìn)行引導(dǎo)和分流，防止因雷電流對線路電壓造成影響，通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓，對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓，這些都可以有效的降低線路因雷擊跳閘而導(dǎo)致供電線路故障的概率。安裝避雷線時一般要求其與被保護(hù)的線路的保護(hù)角在20 ～30°，最大不能超過30°，因?yàn)楸Ｗo(hù)角越小對線路的保護(hù)就越好，甚至有時可以做成負(fù)的保護(hù)角，但這樣經(jīng)濟(jì)型就相應(yīng)的比較差。在實(shí)際的線路架設(shè)中，由于受到地形、地勢等客觀因素的影響，避雷線防雷仍存在一些技術(shù)瓶頸，尤其在電壓等級越高的線路中。

另外，在頻繁遭受雷擊的6kV 架空線路安裝避雷針也是常用的一種防雷措施。但是在實(shí)際應(yīng)用卻存在由于避雷針而導(dǎo)致雷擊概率增大和保護(hù)范圍小的問題。

由于避雷針的引雷作用，所以雷擊次數(shù)就會提高，當(dāng)雷電被吸引到避雷針上，在強(qiáng)大的雷電流沿針而流入大地過程中，雷電流周圍形成的磁場會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，它與雷電流的大小及變化速度成正比，與雷擊的距離成反比。當(dāng)雷電被吸引到針上，將有高達(dá)數(shù)千安的高頻電流通過避雷針及其接地引下線和接地裝置，此時避雷針和引線的電壓很高，若避雷針對被保護(hù)物之間的距離小于安全距離時，會由針及引下線向被保護(hù)物發(fā)生反擊，損壞被保護(hù)物。

4.2 提高線路的絕緣水平

絕緣子是輸電過程中重要的絕緣部件，絕緣子的質(zhì)量如何決定這供電線路的絕緣水平，線路的絕緣水平越高其抗雷擊的能力也越高［6］。一般通過增加絕緣子串的長度可以提高線路的絕緣水平，但是絕緣子對地電容、絕緣子對導(dǎo)線電容可形成一個電容鏈，在線路正常工作時，電容鏈的影響可以忽略不計(jì)，當(dāng)線路受到雷電侵襲時就形成了一個大且不均勻的電容，直接影響到雷電沖擊電流的分布，進(jìn)而影響絕緣子的壓降，最終產(chǎn)生飽和特性［4］。因此實(shí)際的應(yīng)用中并非是線路的絕緣水平隨著絕緣子片數(shù)增加而無線增大的，要根據(jù)實(shí)際測試來確定最佳的絕緣子片數(shù)。

4.3 選用防雷絕緣子

由于6kV 線路的絕緣水平普遍較低，難以承受直擊雷或感應(yīng)雷的作用，不僅在雷擊導(dǎo)線和塔頂時會閃絡(luò)引起跳閘，而且在雷電擊中周邊的樹木或建筑時，因感應(yīng)電壓過高也會導(dǎo)致閃絡(luò)，絕緣層被擊穿，接續(xù)的工頻電弧在此處燃燒，在極短的時間內(nèi)導(dǎo)線就會燒斷。雷擊斷線已成為電力系統(tǒng)面臨的一個安全問題。

防雷絕緣子將絕緣子和防弧金具合二為一，能夠懸掛拉緊供電線路，絕緣子左右兩端引弧棒提供的空氣間隙能夠在絕緣子閃絡(luò)之前先動作防電，提供了雷電的閃絡(luò)通道，使電弧不會流串到絕緣子本體或?qū)Ь€上，從而避免了絕緣子傘裙的燒傷，甚至燒斷導(dǎo)線的現(xiàn)象發(fā)生。

4.4 減小桿塔的接地電阻

桿塔的接地電阻大小對供電線路的抗雷水平有直接的影響，在雷電多發(fā)區(qū)域一般接地電阻不宜超過30Ω［3］，降低桿塔的接地電阻可以提高線路的抗雷水平。常用的減小桿塔接地電阻的方法有增加接地裝置的埋深距離，使用大截面的接地線，降低桿塔處的土壤電阻率等。如我礦的主井井塔的接地線就直接與建筑物的接地連在一起，并采用截面積較大的扁鐵一直延伸至山腳，這樣連續(xù)的接地裝置就形成了一條低電阻的通道，從而避免主井井塔受到雷擊，保護(hù)主要的建筑和設(shè)備。定期進(jìn)行供電線路桿塔接地電阻的檢測，對線路桿塔的不合格接地網(wǎng)進(jìn)行整改，包括對桿塔接地引下線接觸不良、生銹等接地隱患進(jìn)行整改。降低線路桿塔地網(wǎng)接地電阻，它是防止反擊的有效措施，也是最經(jīng)濟(jì)、最有效降低線路雷擊跳閘率的措施之一。

近幾年來國內(nèi)一些單位在處理接地時使用了降阻劑，取得了較好的降阻效果。降阻劑使用后接地電阻隨時間的推移而下降，并且由于其pH 值一般均在7.6～8.5 之間，有的呈中性略偏堿，對接地體有鈍化保護(hù)作用，故基本無腐蝕現(xiàn)象。但是，使用較長時間表明接地降阻劑對接地體產(chǎn)生了嚴(yán)重的腐蝕。故在采用這一方法時應(yīng)關(guān)注長期的效果，特別是對接地體的腐蝕問題。

4.5 安裝避雷器

目前廣泛使用的是氧化鋅避雷器，安裝氧化鋅避雷器也是最為有效的一種防雷措施。氧化鋅避雷器具有可重復(fù)使用、容量大、耐污性能好等優(yōu)點(diǎn)，避雷器在工頻電壓時呈現(xiàn)高阻值，截?cái)喙ゎl續(xù)流，從而保護(hù)絕緣子串免于閃絡(luò)，當(dāng)線路受到雷擊產(chǎn)生過電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器首先動作來釋放雷電流，避免開關(guān)跳閘［7］。

為避免停電影響生產(chǎn)，解決傳統(tǒng)避雷器故障時引發(fā)停電事故以及需要停電檢修檢測的問題，提高供電可靠性，消除安全隱患，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，近兩年礦區(qū)逐步采用跌落式氧化鋅避雷器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋅避雷器。跌落式避雷器是將帶脫離器的避雷器和跌落式熔斷器相結(jié)合，除具有傳統(tǒng)型避雷器的過壓保護(hù)外，在發(fā)生異常故障時，工頻短路電流使脫離器動作，其接地端自動脫開，可防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，檢修維護(hù)更為方便。跌落式避雷器的優(yōu)點(diǎn)在于在不影響供電的情況下，可借助絕緣拉閘操作桿對其進(jìn)行檢測、維修和更換。

4.6 埋地電纜

將電纜埋于地下可以降低電纜遭受雷擊的概率，但是由于是埋于地下會使得電纜的散熱不良，從而導(dǎo)致同樣型號的電纜埋于地下的電流輸送容量要遠(yuǎn)低于架空電流，這樣埋地電纜的成本較高，經(jīng)濟(jì)性能較差，因此埋地電纜一般多用于距離較近的低壓配電系統(tǒng)中。

5 結(jié)語

由于雷電是一種自然現(xiàn)象，無法阻止其發(fā)生，影響架空輸電線路雷擊跳閘率的因素很多，解決線路的雷害問題，要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，綜合治理。需采取有效的防雷措施來降低其對供電線路的侵襲，這就要求供電線路在設(shè)計(jì)之初就要考慮到防雷的要求，要核算線路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作量、難度、經(jīng)濟(jì)效益及效果等。具體的防雷措施要結(jié)合實(shí)地的情況以及氣候的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并針對重要的設(shè)備或建筑進(jìn)行重點(diǎn)的防護(hù)。在防雷裝置安裝完成后的應(yīng)用中加強(qiáng)檢查和維護(hù)，對不符合要求的進(jìn)行處理或更換，使得防雷裝置起到提高線路供電的穩(wěn)定性，也使礦山的安全生產(chǎn)得到保障。