張海虎

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局）

0 引言

架空輸電線路是用來傳輸電能的常見輸電線路之一，其特點(diǎn)在于輸電線路位于桿塔之上，一般由桿塔、架空地線、導(dǎo)線、絕緣子串、接地裝置幾部分組成。為保證輸電安全，固定線路的材料皆采用絕緣材料，但在實(shí)踐中仍無法完全避免線路故障發(fā)生。有數(shù)據(jù)表明，雷擊是引發(fā)線路故障跳閘的最主要原因，占據(jù)60%以上。因此，制定相應(yīng)防雷措施以降低雷擊跳閘率，是避免發(fā)生線路故障，保證架空輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行應(yīng)當(dāng)考慮的首要問題，也是目前進(jìn)行相關(guān)研究的主要方向。在防雷系統(tǒng)中，輸電線路桿塔接地裝置是實(shí)現(xiàn)降低雷擊跳閘率的核心部分。接地裝置被設(shè)置在桿塔中，將擊中桿塔的外部雷電引向地面，進(jìn)而避免發(fā)生雷擊事故而損壞絕緣設(shè)備，或者對(duì)輸電線路造成其他不良影響。綜上可知，若想有效降低雷擊跳閘率，需要完善接地裝置的設(shè)計(jì)，保證其完整性和有效性。基于上述分析及目標(biāo)，本文將對(duì)架空輸電線路的防雷系統(tǒng)與接地設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析。

1 架空輸電線路中做好防雷與接地工作的必要性

一般情況下，架空輸電線路的運(yùn)行處于露天環(huán)境中，故自然環(huán)境中能影響其正常工作的因素較多。在諸多因素中，雷電因素的影響最為重大，有數(shù)據(jù)顯示，在架空輸電線路發(fā)生的故障中，因雷擊造成的跳閘占據(jù)比例約達(dá)2／3。在雷電天氣中，只有具備良好的防雷電設(shè)施，才能避免線路遭受雷擊而干擾電能傳輸甚至使傳輸中斷，以提高電能傳輸質(zhì)量和效率。隨著架空輸電線路的普遍應(yīng)用，為了解決上述問題，首先，在架空輸電線路的構(gòu)成上，絕緣體起到了重要作用，一方面需要使用絕緣體將輸電線路固定在桿塔上，另一方面絕緣體也在很大程度上保證了輸電系統(tǒng)的正常工作。其次，更為重要的是接地裝置的設(shè)計(jì)，這是防雷系統(tǒng)的核心組成部分，也是為提高線路防雷能力所必要的設(shè)計(jì)。桿塔接地裝置是架空輸電線路接地設(shè)計(jì)中的最重要部分，其主要作用是將雷電引入地面，避免輸電設(shè)備受到雷擊而發(fā)生跳閘。綜上可知，對(duì)于在露天環(huán)境中運(yùn)行的架空輸電線路，防雷工作至關(guān)重要，而在防雷系統(tǒng)中接地裝置是其核心部分，只有做好接地裝置的設(shè)計(jì)，才能提高輸電系統(tǒng)的防雷能力，進(jìn)而保證輸電工作穩(wěn)定進(jìn)行。

2 架空輸電線路雷擊跳閘的具體影響因素

2.1 設(shè)計(jì)方面影響因素

作為架空輸電線路設(shè)計(jì)的首要步驟和基礎(chǔ)工作，設(shè)計(jì)路徑方案對(duì)線路整體的安全性、有效性具有決定性作用。在實(shí)踐中，路徑設(shè)計(jì)需要建立在充分細(xì)致的前期調(diào)研基礎(chǔ)上，只有對(duì)輸電需求、施工地環(huán)境等充分了解，才能準(zhǔn)確設(shè)置電氣距離，在導(dǎo)線設(shè)置、底線安排、絕緣配合、防雷裝置等方面對(duì)通信線路進(jìn)行細(xì)致化保護(hù)。但事與愿違，隨著國(guó)家完善電網(wǎng)建設(shè)政策的推行，輸電線路設(shè)計(jì)的工作量驟增，在嚴(yán)格工期的壓力下，部分工作人員為了完成工作量要求，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)時(shí)，出現(xiàn)工作不到位或是未按照實(shí)際土壤電阻率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算等情況，導(dǎo)致桿塔接地裝置的設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際需求。雖然上述偏差的出現(xiàn)在一定程度上也因?yàn)槟壳拜旊娋€路施工現(xiàn)場(chǎng)的地形和土壤結(jié)構(gòu)具有較大的復(fù)雜性，但客觀因素仍不能掩蓋工作人員失職的主觀因素。設(shè)計(jì)方案因素，是導(dǎo)致線路抗雷擊性能受損的致命性因素之一。

2.2 外部環(huán)境影響因素

如前所述，由于大多架空輸電線路在露天環(huán)境下運(yùn)行，自然環(huán)境等外部因素成為導(dǎo)致雷擊跳閘的主要導(dǎo)火索。具體而言，可能導(dǎo)致雷擊跳閘的因素包括但不限于地形狀況、地質(zhì)條件、氣候特征、土壤性質(zhì)等。特別是在一些自然環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，由于可能出現(xiàn)接地電阻過高的情況，架空輸電線路受外部環(huán)境影響出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象更為頻繁。

2.3 施工工作影響因素

施工工作的實(shí)際完成狀況，也是影響雷擊跳閘發(fā)生頻率的主要因素。由于大多施工現(xiàn)場(chǎng)位于巖石地區(qū)或山區(qū)，這些地區(qū)或是交通不便或是土壤電阻率異常偏高，施工難度極大?；谑┕るy度大、施工工作量大等情況，一些工程甚至無法按照施工圖紙正常進(jìn)行，在施工的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整過程中可能使接地體的埋深、回填土的應(yīng)用等專業(yè)性較強(qiáng)的操作發(fā)生偏差，進(jìn)而可能嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。

3 架空輸電線路防雷措施探討

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，架空輸電線路雷擊事故一般形成于四個(gè)階段，基于此，應(yīng)當(dāng)在防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中形成“四道防線”進(jìn)行針對(duì)性應(yīng)對(duì)：①防直擊雷：可以沿輸電線路裝設(shè)避雷線以避免輸電線路遭到雷電直擊；②防閃絡(luò)：可以通過降低接地電阻、加強(qiáng)線路絕緣避免發(fā)生閃絡(luò)情況；③防建?。涸谳旊娋€路發(fā)生閃絡(luò)后，可以采取相應(yīng)措施避免穩(wěn)定的工頻電弧得以建立；④防停電：在輸電線路建立工頻電弧后，可以采取措施避免電力供應(yīng)發(fā)生中斷。在輸電線路防雷工作的推進(jìn)中，不能追求一勞永逸，而需要結(jié)合具體情況有針對(duì)性地設(shè)計(jì)防雷方案、采取防雷措施，將上述四道防線相結(jié)合，使其共同發(fā)揮作用，從根本上降低跳閘率。具體論述如下。

3.1 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)最基本措施，通過減小雷電對(duì)導(dǎo)線的耦合屏蔽作用、減小電流量產(chǎn)生防止雷電直擊導(dǎo)線的作用，對(duì)于防雷保護(hù)十分有效。架設(shè)避雷線的防雷效果根據(jù)線路電壓不同而不同，一般而言效果成正向關(guān)聯(lián)。實(shí)踐表明，對(duì)于電壓在110kV以上的線路，需要以20°～30°的保護(hù)角全部架設(shè)避雷線；而達(dá)到500kV的線路則需要將保護(hù)角降至15°左右。保護(hù)角的不同，既影響雷電繞擊率，也同時(shí)影響兩根避雷線之間的距離設(shè)計(jì)。

3.2 安裝線路自動(dòng)重合閘裝置

通過安裝線路自動(dòng)重合閘，同樣有助于架空輸電線路的防雷保護(hù)。一旦雷電擊中輸電線路發(fā)生跳閘情況，線路自動(dòng)重合閘有助于雷擊閃絡(luò)在跳閘后自動(dòng)重合，這將使其恢復(fù)絕緣性能，縮短跳閘時(shí)間，及時(shí)消除故障，保證線路穩(wěn)定。

3.3 加強(qiáng)線路絕緣及采用差絕緣和不平衡絕緣方式

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，線路絕緣配合的加強(qiáng)和絕緣子性能的改善同樣有利于提高線路的防雷水平。首先，加強(qiáng)絕緣配合可以通過差絕緣方式和不平衡絕緣方式。差絕緣方式，是指在同一桿塔上設(shè)置絕緣子數(shù)量不同的絕緣，這樣有利于避免在導(dǎo)線被擊穿、雷電經(jīng)桿塔入地時(shí)發(fā)生兩相閃絡(luò)。不平衡絕緣方式，是指在設(shè)置絕緣子串片時(shí)差異設(shè)置，以提高片數(shù)多的線路的耐雷水平；具體而言，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，片數(shù)少的回路先發(fā)生閃絡(luò)，而片數(shù)多的回路相當(dāng)于自動(dòng)生成了地線，有利于降低兩條回路同時(shí)跳閘的概率，以此保證穩(wěn)定供電。有數(shù)據(jù)表明，差絕緣方式能使線路耐雷水平提高24%左右。另外，為改善絕緣子性能，可以在桿塔上增加絕緣子串?dāng)?shù)量，以提高絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓值。

3.4 裝設(shè)線路型避雷器

架空輸電線路的避雷器裝置并非新生產(chǎn)物，經(jīng)過十余年的實(shí)踐印證，有利于提高線路避雷能力。避雷器的作用原理與避雷線相似，當(dāng)雷電擊中桿塔或?qū)Ь€使線路中電流達(dá)到指定程度時(shí)，避雷器將引導(dǎo)雷電流入指定導(dǎo)線，該導(dǎo)線一般通向相鄰桿塔或直接連接大地，以此達(dá)到避雷效果。

3.5 增設(shè)耦合地線及塔頂防雷拉線

耦合地線和防雷拉線并非必要的防雷裝置，一般應(yīng)用于經(jīng)常發(fā)生雷擊或重雷區(qū)內(nèi)。耦合地線，一般加裝在到線下方，對(duì)于流入避雷線的電流起到分流、耦合作用，進(jìn)而對(duì)降低接地電阻產(chǎn)生間接作用；防雷拉線，一般架設(shè)在塔頂，雷電直擊線路時(shí)會(huì)優(yōu)先接觸防雷拉線，進(jìn)而產(chǎn)生屏蔽效果。

4 架空輸電線路桿塔接地裝置存在問題及原因分析

在架空輸電線路桿塔接地裝置的設(shè)計(jì)中，接地電阻系數(shù)超標(biāo)是引發(fā)事故的主要問題，而造成系數(shù)超標(biāo)一般基于以下原因。

4.1 自然原因

接地電阻受到多種自然因素影響，包括地形、地質(zhì)、土壤等。具體而言，一般地質(zhì)條件差、土壤干、干燥、土層稀薄的地區(qū)，電阻率往往較高；特別是對(duì)于巖石裸露的地區(qū)，其土壤電阻率大多超過1000Ω·m，這將造成接地電阻同步增高。

4.2 設(shè)計(jì)原因

除了自然原因外，人為造成的設(shè)計(jì)方案偏差同樣易造成接地電阻偏差。隨著電網(wǎng)建設(shè)迅猛發(fā)展，輸電系統(tǒng)建設(shè)工程量劇增，部分設(shè)計(jì)人員在前期勘察期間對(duì)輸電壓力估計(jì)不足、對(duì)土壤結(jié)構(gòu)勘察有誤，或者以經(jīng)驗(yàn)主義代替根據(jù)實(shí)際土壤電阻率準(zhǔn)確計(jì)算，造成設(shè)計(jì)偏差。

4.3 施工原因

由于輸電線路建設(shè)工地大多位于交通不便、自然環(huán)境惡劣的山區(qū)，施工本身便具有較大難度；另外，由于接地裝置本身具有隱蔽性，不利于監(jiān)督人員及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問題，可能會(huì)出現(xiàn)接地體埋深、回填土應(yīng)用、降阻劑使用、裝置內(nèi)部連接等諸多施工誤差，進(jìn)而影響輸電系統(tǒng)安全質(zhì)量。

5 線路接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

5.1 做好桿塔接地設(shè)計(jì)

做好桿塔接地設(shè)計(jì)是保證輸電線路防雷能力的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)。首先，工作人員應(yīng)當(dāng)前往輸電線路施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)雷擊頻率、高發(fā)雷擊地段進(jìn)行實(shí)地勘察，以設(shè)計(jì)出最合理、最安全的線路方案。另外，工作人員需要對(duì)實(shí)際土壤電阻率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量并根據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算，以確定最終接地形式和接地圖紙。

5.2 降低接地電阻

在桿塔接地設(shè)計(jì)的過程中，還應(yīng)當(dāng)采取措施以降低接地電阻，提高輸電線路的抗雷能力。具體而言，在土壤電阻率較低的地區(qū)，可以先行降低桿塔的接地電阻，對(duì)于仍不能達(dá)到要求的，應(yīng)充分利用桿塔、拉線等自然接地。而在土壤電阻率較高的地區(qū)，則需要經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析后采取有針對(duì)性的手段來降低桿塔的接地電阻，具體包括但不限于外引接地、復(fù)合接地、放射形接地、連續(xù)伸長(zhǎng)接地體、物理接地等，或根據(jù)實(shí)體土壤情況進(jìn)行換土。

5.3 使用降阻劑

降阻劑是電阻工程技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在現(xiàn)代化電力工程中發(fā)揮重要作用。電阻劑具有超高導(dǎo)電性，有助于在接地系統(tǒng)中降低系統(tǒng)整體的接地電阻，使其滿足防雷要求。降阻劑一般多用于山區(qū)、巖石等土壤電阻率較高的地區(qū)，通過深入地面，得以有效增大導(dǎo)電范圍，加速電流分散。

6 結(jié)束語

綜上所述，我國(guó)電力技術(shù)的高速發(fā)展為架空輸電線路的產(chǎn)生和推廣帶來了契機(jī)，而架空輸電線路的應(yīng)用又為供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性創(chuàng)造了條件，也為電力技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了動(dòng)力。但不可否認(rèn)，由于架空輸電線路位于露天場(chǎng)所，極易受到以雷擊為代表的自然因素影響，一旦發(fā)生雷擊等事故，不僅嚴(yán)重影響供電穩(wěn)定，同時(shí)也可能造成額外經(jīng)濟(jì)損失或其他危險(xiǎn)。在此情況下，為了不斷提升架空輸電線路的防雷性能，需要工作人員在實(shí)踐中注重整體、注重細(xì)節(jié)，更需要研究人員對(duì)于理論不斷深入，進(jìn)而保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。