提高高壓電力裝置防雷技術水平的措施探討

冉迎春

（國網四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽641300）

0 引言

高壓電力裝置在其發展使用初期多依靠裸導線架空線路供應電力，架空導線一般在離地面6～18m高的空間，可能遭受雷電過電壓危害（主要指雷電入侵波，防直擊雷的避雷線和避雷針保護不屬本文討論范圍），使線路或設備絕緣擊穿而損壞。保護間隙和管型避雷器都是靠間隙擊穿接地放電降壓起到保護作用，這種作用同時會造成接地故障或相間短路故障，保護作用不完善是顯而易見的，在現行防雷保護中僅將它們用于線路防雷，并且盡量與自動重合閘裝置配合，以減少線路停電事故。然而，現階段的高壓電力裝置防雷工作中仍然存在防雷保護功能不完全、保護性能不完善等缺點或隱患以及技術水平落后等多個方面的問題。為了改善高壓電力裝置的防雷效果，就需要全面提高高壓電力裝置的防雷技術水平，本文即嘗試針對該問題展開全面分析與探討。

1 高壓電力裝置防雷保護現有措施

雷擊是輸電線路乃至整個電力系統運行過程當中所面臨的最主要安全性問題之一，在雷擊因素影響下，線路容易發生跳閘事故。頻繁的跳閘除了會導致線路事故范圍的進一步擴大以外，還潛在一定的人身安全隱患，是危害線路安全運行的重要因素之一。并且，在雷擊作用力的影響下，雷電波會直接以線路為載體進入高壓電力裝置內部，對高壓電力裝置的安全運行構成巨大威脅。因此，從線路運行安全性的角度來說，對高壓電力裝置進行防雷保護具有重要意義。當前的防雷技術手段主要有以下幾種：

第一，在線路出現交叉跨越的情況下進行防雷擊跳閘保護。受到雷擊作用力的影響，線路交叉位置比較容易發生閃絡現象，同時，若雷擊交叉檔距無法滿足要求，則受到雷擊影響后的事故范圍會迅速擴大，造成不可預估的后果。結合高壓電力裝置的防雷需求［1］，認為在線路交叉跨越的情況下，可以綜合采取以下三個方面的防雷保護措施：（1）交叉檔兩端若為木桿或水泥桿且未設置有避雷線，此情況下需要在桿塔上裝設避雷器（以管型避雷器為首選方案），也可增設對應的保護間隙；（2）交叉檔兩端若為木桿低壓電路或通訊線路，則需要直接在桿塔上增設防雷保護間隙；（3）若交叉檔兩端為水泥桿或鐵塔，則不論是否設置有避雷線，都需要對桿塔進行接地處理。

第二，需要在線路中引入自動重合閘裝置。在雷擊閃絡因素的影響下，線路絕緣子通常能夠在線路發生跳閘事故后自動恢復其所對應的絕緣性能，此過程中自動重合閘的成功率基本在90%左右，對于少雷區的高壓線路而言，通常不需要沿線路全線架設避雷線，但基于對安全性因素的考慮，需要全線裝設自動重合閘裝置，避免雷擊跳閘事故影響下出現大面積的停電事故［2－4］。同時，對于土壤電阻率較高的區域而言，高壓電力裝置受到輸電線路雷擊因素影響，也容易發生絕緣子閃絡方面的事故，故而同樣需要裝設自動重合閘部件，以達到令人滿意的防雷效果。在此基礎之上，考慮到對于中性點做直接接地處理的電網系統中絕大部分雷擊所對應的都為單相閃絡故障，則可嘗試引入單相重合閘，一方面能夠確保供電作業的可靠性與持續性，另一方面也可減少斷路檢修的工作量。

第三，需要做好對高壓電力裝置的絕緣工作。加強線路絕緣性能一方面能夠使高壓電力裝置的耐雷水平得到合理的提升，另一方面能夠使建弧率得到合理的控制，這對于降低高壓電力裝置受雷擊影響的跳閘率有重要意義。對于高桿塔而言，需要在充分降低接地電阻取值的基礎之上，考慮高桿塔自身電感增大而可能導致桿塔頂端電位升高的問題，并通過增加絕緣的方式對其進行補償。除此以外，結合現行的設計標準與規程來看，在線路裝設有避雷線保護的前提條件下，若桿塔標高達到40.0m以上，則每增長10.0m高度，需要對應增加一片絕緣子。而在未設置有避雷線保護的前提條件下，若桿塔標高不足40.0m，但是用保護間隙或管型避雷器進行保護，同樣需要增加一片絕緣子，以確保線路絕緣性能的理想與可靠。

第四，需要增設耦合地線。研究顯示，雖然增設耦合地線對于減少線路繞雷率而言沒有明顯價值，但能夠在桿頂受到雷擊作用力影響的情況下，實現對雷擊的分流與耦合。相關研究表明，在線路引入耦合地線后，高壓電力裝置受雷擊影響發生跳閘的幾率下降了50%左右。但在對高壓線路裝設耦合地線的過程中，還需要特別關注對桿塔強度的驗算工作，準確評估導線與地面之間的對應距離，計算正常運行狀態下耦合地線與導線不同擺動條件下的距離，整個過程應小心謹慎，避免對后續環節造成安全隱患［5］。

第五，需要加裝避雷器裝置。線路上裝設避雷器后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相鄰桿塔，一部分經塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流［6］。雷電流在流經避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應作用，將分別在導線和避雷線上產生耦合分量。因避雷器的分流遠遠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線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發生閃絡。因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是采用線路避雷器進行防雷的明顯特點。

2 現階段高壓電力裝置防雷技術存在的問題

首先，在選擇避雷器進行防雷保護的過程中，沒有評估連續雷電沖擊能力。碳化硅避雷器保護動作既泄放雷電流也泄放工頻續流，切斷續流時耗最大達10 000μs，而一次保護循環時間要遠大于10 000μs，才能恢復到可進行再次動作的水平，故碳化硅避雷器沒有連續雷電沖擊保護能力；而氧化鋅避雷器保護動作只泄放雷電流，雷電流泄放（小于100μs）完畢，立即恢復到可進行再次動作的水平，故氧化鋅避雷器具有連續雷電沖擊保護能力，這對于多雷區或雷電活動特別強烈地區的防雷保護尤為重要。

其次，在選擇相關保護裝置的過程中僅針對雷電殘壓參數進行評估，不重視對其他保護特性參數的計算與評估。除雷電殘壓外，還有其他保護參數，如工頻放電電壓值、沖擊放電電壓值，都是考察避雷器暫態過電壓承受能力、保證其長期正常運行的參數；又如是否有雷電陡波殘壓值，也是標示避雷器防雷保護功能是否完全的重要參數。綜合來看，只有串聯間隙氧化鋅避雷器齊備上述保護特性參數，也就是說，它有齊全的防護功能。

3 提高防雷技術水平的建議

在對高壓電力裝置防雷技術水平進行優化與提升的過程中，最為關鍵的問題在于：積極展開防雷技術改革工作，將落后的防雷器件與裝置加以淘汰，更換為全新的、性能更加精確的防雷裝置。也只有通過引入先進的防雷方式，才能夠徹底改變傳統意義上落后的防雷保護模式，并促進高壓電力裝置防雷技術水平的優化與提升。

以對避雷器的選擇為例，為了實現對高壓電力裝置防雷技術水平的提升，在選擇避雷器的過程中，要求其同時或盡可能多地滿足以下幾個方面的要求：

（1）所選擇的避雷器需要具有完全意義上的防雷功能，且除支持常規的防雷要求以外，還能夠對雷電幅值及雷電陡波具有確切的限壓保護功效；

（2）所選擇的避雷器在發揮防雷保護功能的過程中不會造成相間短路故障或電力網接地故障，以確保整個電網系統的正常、安全運行；

（3）所選擇的避雷器在發揮防雷保護功能的過程中不會出現各種工頻能源的浪費問題（主要是指電路電流及工頻續流問題）；

（4）所選擇的避雷器需要具有連續性雷電沖擊保護能力；

（5）所選擇的避雷器外形尺寸要比較小巧，有小型化以及輕質化的特點，能夠支持在室內手車柜中的應用；

（6）所選擇的避雷器需要具有20年以上的使用壽命，以避免頻繁更換給整個電力系統帶來安全隱患；

（7）所選擇的避雷器在動作特性上應當有長期運行穩定的特點，常規運行中不會受到暫態過電壓的影響；

（8）所選擇的避雷器需要附帶脫離器，以實現對運行工況的全面監督與檢查，在失效情況下自動退出運行。

除此以外，建議徹底淘汰保護間隙和管型避雷器，用串聯間隙氧化鋅避雷器更新換代，建議廠家配套齊全生產35kV串聯間隙氧化鋅避雷器，其雷電殘壓配電型不大于134kV，電站型不大于117kV。同時，碳化硅避雷器和無間隙氧化鋅避雷器的電站、配電、電機型，用相應串聯間隙氧化鋅避雷器的電站、配電、電機型更新換代。而對于新建工程，一律選用串聯間隙氧化鋅避雷器；仍在運行使用的舊防雷器如可列入技改工程，應一次性地用相同用途和電壓等級的串聯間隙氧化鋅避雷器更新換代，或在其壽命終結時用相同用途和電壓等級的串聯間隙氧化鋅避雷器更新。

4 結語

現行防雷技術實行多年，對它進行改革難度較大，但防雷技術水平的發展提高是必然的，希望更多人用發展進步的觀點看待它，那么防雷技術舊貌換新顏必將實現。在實際工作開展中，需要以當前高壓電力裝置所使用的各類防雷保護措施與手段為出發點，積極展開對防雷技術的改革工作，通過合理引入全新防雷器械的方式，優化防雷性能，以最大限度地確保高壓電力裝置防雷效果的理想與可靠。本文重點圍繞提高高壓電力裝置防雷水平方面的問題展開分析與探討，希望能夠為后續實踐工作的開展提供一定參考與幫助。

［1］羅真海，陳勉，陳維江，等.110kV、220kV架空輸電線路復合絕緣子并聯間隙防雷保護研究［J］.電網技術，2002，26（10）：41－47.

［2］陳維江，孫昭英，李國富，等.110kV和220kV架空線路并聯間隙防雷保護研究［J］.電網技術，2006，30（13）：70－75.

［3］谷山強，何金良，陳維江，等.架空輸電線路并聯間隙防雷裝置電弧磁場力計算研究［J］.中國電機工程學報，2006，26（7）：140－145.

［4］羅道軍，華大鵬，鄭衛東.利用空心電抗器進行變電站防雷的初步探索［J］.高電壓技術，2007，33（1）：193，195.

［5］張怡箬，張勇光，效云霞，等.新型防雷分流裝置浪涌保護器的主要技術特性與使用方法研究［J］.甘肅科技，2012，28（21）：53－54，70.

［6］王巨豐，李世民，閆仁寶，等.可主動快速熄滅工頻續流電弧的滅弧防雷間隙裝置設計［J］.高電壓技術，2014，40（1）：40－45.