淺談架空電力線路的過電壓保護(hù)

摘要：電力系統(tǒng)的過電壓可分為內(nèi)部過電壓和外部過電壓。內(nèi)部過電壓包括工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓等，內(nèi)部過電壓保護(hù)主要采取開關(guān)中增加一個(gè)并聯(lián)電阻和—對輔助觸頭、選用勵(lì)磁特性較好、飽和點(diǎn)高的電磁式電壓互感器、在電壓互感器—次繞組的中性點(diǎn)上裝設(shè)專用消諧器等。外部過電壓主要采取裝設(shè)避雷針、避雷線和避雷器。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；架空線路；過電壓；保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，由于內(nèi)部或外部的原因，使電壓突然升高，超過或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣設(shè)備的運(yùn)行額定電壓，即稱為過電壓。

1、內(nèi)部過電壓

1.1 內(nèi)部過電壓的分類

1.1.1 工頻過電壓

在三相中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，非故障相對地電壓升高3倍。此時(shí)，不需要采取特殊措施進(jìn)行防護(hù)。

1.1.2 操作過電壓

電力系統(tǒng)因操作而使運(yùn)行方式發(fā)生變動(dòng)，致系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩，相互轉(zhuǎn)換和重新分布產(chǎn)生過電壓。一般發(fā)生在投入或退出空載變壓器、空載線路、并聯(lián)電容器的情況下產(chǎn)生。

1.1.3 間隙接地過電壓

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相弧光接地時(shí)產(chǎn)生的間隙性的電弧，會(huì)在線路上引起高頻振蕩過電壓，其過電壓值一般不超過3.5倍相電壓。

1.1.4 諧振過電壓

在交流電路中，當(dāng)電感元件與電容元件串聯(lián)且感抗等于容抗時(shí)，會(huì)發(fā)生諧振過電壓，此時(shí)電容元件上會(huì)出現(xiàn)很高的過電壓。諧振過電壓的幅值一般不超過2.5倍相電壓。

1.2 限制內(nèi)部過電壓的措施

1.2.1 操作過電壓的限制措施

（1）通常開關(guān)中增加一個(gè)并聯(lián)電阻和—對輔助觸頭。

（2）裝設(shè)避雷器也是限制操作過電壓很重要措施。

1.2.2 避免間歇性弧光接地過電壓的措施是采用消弧線圈或電阻接地方式。

1.2.3 避免諧振過電壓的措施

（1）選用勵(lì)磁特性較好、飽和點(diǎn)高的電磁式電壓互感器。

（2）在電壓互感器開口三角形繞組上裝設(shè)燈泡（6-10kv電網(wǎng)接200w燈泡）或者專用消諧器。

（3）在電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)上裝設(shè)專用消諧器。

2、外部過電壓

電力系統(tǒng)的外部過電壓也叫大氣過電壓。

2.1 外部過電壓的分類

2.1.1 直擊雷過電壓

高出地面幾米至數(shù)十米的電力線路，導(dǎo)線對大地來講，完全成為尖端，所以雷往往直擊到線路等電氣設(shè)備上，造成電氣設(shè)備或線路上絕緣擊穿而損壞。

2.1.2 感應(yīng)雷過電壓

雷云在先導(dǎo)放電的過程中，由于靜電感應(yīng)原因在電力線路的導(dǎo)線上積聚了大量與雷云極性相反的電荷。當(dāng)雷云從先導(dǎo)放電發(fā)展到主放階段而對地放電時(shí)，線路上被束縛的電荷被釋放，形成了向線路兩端以光速流動(dòng)的自由電荷，從而產(chǎn)生很高的感應(yīng)過電壓。

2.2 防雷保護(hù)

架空線路雷害事故的形成通常要經(jīng)歷4個(gè)階段：

（1）供電線路受到雷電過電壓的作用。

（2）供電線路發(fā)生閃絡(luò)。

（3）供電線路從沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓。

（4）線路跳閘，供電中斷。

針對雷害事故形成的4個(gè)階段，現(xiàn)代供電線路在采取防雷保護(hù)措施時(shí)，要做到“四道防線”，即：防直擊，就是使供電線路不受雷直擊，措施是沿線路裝設(shè)避雷線；防閃絡(luò)，就是使供電線路受雷后絕緣發(fā)生閃絡(luò)，措施是加強(qiáng)線路絕緣、降低桿塔的接地電阻；防建弧，就是使供電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧，措施是系統(tǒng)采用消弧線圈接地方式、在線路上安裝避雷器等；防停電，就是使供電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng)，措施是裝設(shè)自動(dòng)重合閘等

2.2.1 裝設(shè)避雷針

裝設(shè)避雷針是防止直擊雷的有效方法。避雷針可用來保護(hù)露天的配電裝置、電力線路。就其本質(zhì)而言，避雷針不是避雷，而是利用其高聳空中的位置條件，把雷電引向自身，承受雷擊，把雷電流泄入大地，從而保護(hù)其他設(shè)備不受雷擊。呼和供電段管內(nèi)的朱日和站是多雷區(qū)，那里的電力設(shè)備經(jīng)常受到雷電的侵害。為此，在朱日和部分高壓線路上裝設(shè)了避雷針，有效的減少了雷電對電力線路的危害。

2.2.2 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是供電線路防雷保護(hù)的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時(shí)還具有以下作用：

（1）分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；

（2）通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；

（3）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。

通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價(jià)中所占的比重也愈低。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，220kV及以上電壓等級的供電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，110kv線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線，35kV線路不宜全線架設(shè)避雷線，一般在變電所的進(jìn)線段架設(shè)1～2km的避雷線，同時(shí)按照要求做好桿塔的接地。

為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率，避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角盡量做得小一些，一般采用20°～30°。為了降低接地電阻，通常把避雷線在每基桿塔處進(jìn)行了接地。

呼和供電段豐鎮(zhèn)車間管內(nèi)的堡子彎—孤山自閉和貫通高壓線經(jīng)常受到雷電侵害，多次影響行車供電。為此，呼和供電段技術(shù)人員大膽嘗試，在該段線路加裝了避雷線，并取得了預(yù)期效果。

2.2.3 裝設(shè)避雷器

避雷器是一種能釋放過電壓能量限制過電壓幅值的保護(hù)電器。前幾年，呼和供電段電力設(shè)備上使用的是閥型避雷器，現(xiàn)在全部更改為金屬氧化物避雷器（也叫氧化鋅避雷器）。

金屬氧化物避雷器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，耐沖擊，通流能力大，使用壽命長，工作穩(wěn)定，保護(hù)可靠，不受污穢、高海拔等自然條件影響。

金屬氧化物避雷器的應(yīng)用：在安裝前進(jìn)行直流1mA參考電壓試驗(yàn)，或進(jìn)行絕緣電阻的測量，對10kv避雷器用2500V絕緣電阻表測量，絕緣電阻不低于1000μΩ，合格后方可安裝。

2.2.4 加強(qiáng)線路絕緣

由于供電線路個(gè)別地段采用大跨越高桿塔（如：跨河、跨路桿塔），這就增加了桿塔落畦的機(jī)會(huì)。高塔落雷時(shí)塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為提高線路絕緣，降低線路跳閘率，我們近年來已經(jīng)陸續(xù)把110kV和35kV合成絕緣子。35kv和6kV配電線路多采用沖擊閃絡(luò)電壓較高的瓷橫擔(dān)來降低雷擊跳閘率。

2.2.5 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時(shí)的電位升高，這是配合架設(shè)避雷線所采取的—項(xiàng)有效措施。標(biāo)準(zhǔn)要求，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時(shí)不宜超過表2所列數(shù)值。

2.2.6 裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動(dòng)重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國110kv及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá)75%～95%，35k吸以下的線路成功率約為50%～80%。因此，油田變電站在各個(gè)電壓等級的架空線路匕都安裝了自動(dòng)重合閘裝置。

3、結(jié)束語

架空線的過電壓保護(hù)從工程設(shè)計(jì)階段就要認(rèn)真加以考慮，應(yīng)根據(jù)本地的實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時(shí)，真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣，供電線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊。