基于不同地形的架空配電線路防雷措施分析

王愛(ài)宏　王愛(ài)軍　李春林

摘要：架空配電線路的安全性與穩(wěn)定性強(qiáng)弱直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。由于高、低壓配電線路有很多種搭設(shè)方式，且其均暴露于自然環(huán)境下，經(jīng)常受到雷擊的影響，往往造成供電系統(tǒng)的非正常運(yùn)行。為了保證安全、穩(wěn)定運(yùn)行，通常會(huì)給架空配電線路安裝避雷裝置做相應(yīng)防雷措施。文章針對(duì)不同地形條件架空配電線路的防雷措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：不同地形；架空配電線路；防雷措施；電力系統(tǒng)；避雷裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM862 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.071

架空配電線路在整個(gè)供電系統(tǒng)中起到重要作用，其能否安全、穩(wěn)定、高效地被應(yīng)用直接決定了供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，因此，架空配電線路的保護(hù)具有必要性。就我國(guó)目前情況看，架空配電線路的絕緣性不高，避雷裝置的應(yīng)用效果不太理想，造成架空配電線路在惡劣的氣候條件下很容易被破壞，從而導(dǎo)致無(wú)法正常工作，供電系統(tǒng)也往往出現(xiàn)紊亂。架空配電線路在不同地形條件下受到的雷擊作用各不相同，所以架空配電線路的防雷工作所采取的措施方法也存在一定差異。分析探究不同地形條件下架空配電線路的防雷措施有利于提高架空配電線路的安全性和可靠性，為今后供電系統(tǒng)的改善提供了保障。

1 架空配電線路概述

配電線路的主要部件包括桿塔、導(dǎo)線、避雷線、絕緣子、線路金具等。架空配電線路，顧名思義，必備架空配電線路電桿來(lái)支持橫擔(dān)、導(dǎo)線和絕緣子等部件。導(dǎo)線主要用于電能傳輸，要求具有強(qiáng)導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性；金具主要用于線夾與絕緣子串以及拉線金具與桿塔之間的連接；絕緣子則起到使導(dǎo)線與地、導(dǎo)線與導(dǎo)線及導(dǎo)線與橫擔(dān)之間絕緣的作用，其不僅承受導(dǎo)線運(yùn)行壓力，也要承受導(dǎo)線張力、負(fù)重以及各種環(huán)境氣候的影響，因此具有良好的電氣性能和高機(jī)械強(qiáng)度；拉線起到桿塔承受的水平風(fēng)力與導(dǎo)線、避雷線的張力之間的平衡作用；配電線路的檔距則根據(jù)不同的電壓，城鎮(zhèn)和郊區(qū)各不相同：3～l0kV之間電壓的線路，城鎮(zhèn)和郊區(qū)分別為40～50m和50～l00m，3kV電壓以下的線路，城鎮(zhèn)和郊區(qū)分別為40～50m和40～60m。

被架空線路經(jīng)過(guò)的地帶叫做路徑，路徑和桿的位置應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形和地質(zhì)情況具體而定。路徑的確定需選擇在負(fù)荷中心，同時(shí)注意供電點(diǎn)與用電點(diǎn)之間盡量穿越避開(kāi)良田、叢林、地面建筑物，減少跨越公路和通信線路，避開(kāi)水洼、山洪及雨水沖刷地帶和具有爆炸物及腐蝕性氣體的工廠等，盡量選擇平坦的地勢(shì)；桿位的確定同樣需要實(shí)地考察，考慮施工及地形、地質(zhì)情況而定，為以后應(yīng)用及操作發(fā)展做充分準(zhǔn)備。

2 架空配電線路的雷擊類型及跳閘形式分析

2.1 架空配電線路的雷擊類型及成因分析

2.1.1 直擊雷。指雷電直接作用到線路上，使線路某個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈電流，進(jìn)而擊中配電裝置，尤其是桿塔的塔頂受到雷擊破壞最嚴(yán)重，產(chǎn)生巨大的電壓，使線路絕緣閃絡(luò)，造成整個(gè)線路癱瘓。

2.1.2 感應(yīng)雷。指雷電與配電線路產(chǎn)生的感應(yīng)力作用到線路上，出現(xiàn)靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，前者使架空配電線路上產(chǎn)生大量反向電荷和雷電波，造成配電裝置受到電波沖擊而出現(xiàn)故障；后者是配電線路產(chǎn)生高頻電流，形成強(qiáng)大電磁場(chǎng)，直接對(duì)配電設(shè)備造成干擾和破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)架空配電線路無(wú)法正常運(yùn)行，引發(fā)安全事故。感應(yīng)雷是架空配電線路最常遭受的雷擊類型。

2.1.3 地電位提高。特殊情況下，雖然架空配電線路最初受到雷電流沖擊當(dāng)時(shí)并未受損，但是在傳入大地的時(shí)候卻使地電位提高，進(jìn)而破壞了配電設(shè)備，造成架空配電線路出現(xiàn)故障。如雷電流穿過(guò)線路流入大地時(shí)產(chǎn)生10Ω的電阻，接地電壓此時(shí)會(huì)被立刻提高100kV，如果在這種情況下架空配電線路未被及時(shí)切斷電源而是仍然繼續(xù)運(yùn)行，則會(huì)使配電裝置的接地電壓總值高達(dá)200kV，已經(jīng)超出設(shè)備的保護(hù)接地電壓最大值，必然導(dǎo)致設(shè)備受損，嚴(yán)重影響架空配電線路的正常運(yùn)行。

結(jié)合上述架空配電線路雷擊類型，從自然角度分析，雷擊就是自然云之間大量電荷產(chǎn)生的放電過(guò)程，由于感應(yīng)雷產(chǎn)生的電壓高達(dá)400kV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于架空配電線路的額定電壓，所以一旦遭受雷擊，線路很容易被擊穿。如果能提供一個(gè)合適的裝置接收這些電流，則會(huì)大大降低電流對(duì)架空配電線路的影響。同時(shí)，地形條件的不同使雷擊的危害程度各不相同，一般地勢(shì)較高地區(qū)的架空配電線路遭受雷擊的破壞更大。因此，針對(duì)不同地形的架空配電線路的防雷措施研究非常必要。

2.2 架空配電線路雷擊跳閘形式分析

由于架空配電線路很容易遭受雷擊，為了避免或減少架空配電線路遭受雷擊，確定架空配電線路的雷擊范圍非常重要，分析雷擊距與架空配電線路高度之間的關(guān)系具有必要性。

2.2.1 雷擊距定義。通常我們認(rèn)為雷電是垂直放電，但事實(shí)上雷電放電過(guò)程是受到很多因素干擾的，可能會(huì)出現(xiàn)一定偏差。由于架空配電線路與地面有一定高度，且線路本身攜帶電荷、具有導(dǎo)電性，所以雷電通過(guò)架空配電線路時(shí)受到線路的干擾出現(xiàn)方向偏移，因此，架空配電線路對(duì)雷電電流的吸附是造成線路遭受雷擊的原因。如果雷電已經(jīng)達(dá)到線路之間的平均電場(chǎng)強(qiáng)度，且已超過(guò)空氣的臨界擊穿場(chǎng)，架空配電線路遭受雷擊的概率相當(dāng)大。在這個(gè)過(guò)程中，兩者之間的距離執(zhí)行限定值可稱為雷擊距離。

2.2.2 架空配電線路的直接雷擊范圍。我國(guó)的架空配電線路的引雷寬度定值與架空配電線路的實(shí)際高度出現(xiàn)一定的偏差，所以架空配電線路的直接雷擊范圍的確定需要根據(jù)實(shí)際的地形條件合理計(jì)算出引雷寬度定值。選擇我國(guó)電力企業(yè)應(yīng)用的最高導(dǎo)線兩側(cè)和投影寬度的和值。事實(shí)上，雷電電流在自然界中大小具有隨機(jī)性，分布遵循一定的概率。通常，西北地區(qū)與一般地區(qū)的雷電電流概率計(jì)算應(yīng)采用不同方式。計(jì)算中可計(jì)算出不同地面傾角和架空配電線路的不同導(dǎo)線高度以及單側(cè)的引雷范圍。

2.2.3 架空配電線路的雷擊跳閘形式。（1）直接雷擊跳閘。架空配電線路的結(jié)構(gòu)通常過(guò)于簡(jiǎn)單且缺少避雷裝置或只配置簡(jiǎn)易避雷針，因此在計(jì)算架空配電線路直接雷擊跳閘可忽略避雷線的緩沖力，而僅僅對(duì)架空配電線路遭受雷擊跳閘的頻率進(jìn)行計(jì)算，確定雷擊程度；（2）感應(yīng)雷擊跳閘。當(dāng)架空配電線路附近地面遇到落雷時(shí)，相線上感應(yīng)雷電產(chǎn)生的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線路絕緣所能承受的電壓范圍，從而造成線路絕緣的閃絡(luò)，最終導(dǎo)致線路跳閘。感應(yīng)雷的跳閘計(jì)算需根據(jù)架空配電線路與地面高度、地形來(lái)共同確定引雷范圍，再采用感應(yīng)雷擊跳閘公式準(zhǔn)確計(jì)算，確定架空配電線路感應(yīng)雷擊程度。

3 不同地形條件下的防雷措施分析

基于上述不同地形架空配電線路遭受雷擊程度也各不相同，對(duì)于不同地形條件，架空配電線路一定要因地制宜采取不同的防雷措施。除此之外，還應(yīng)根據(jù)架空配電線路所在地區(qū)的實(shí)際地形、地質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)的防雷措施。

3.1 加強(qiáng)配電設(shè)備的防雷保護(hù)

常用的防雷保護(hù)措施包括柱上開(kāi)關(guān)的防雷保護(hù)和配電變壓器的防雷保護(hù)，但兩者在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的不同。前者將防雷裝置安裝在架空配電線路的支柱上，具體是安裝在刀閘位置或柱兩端，使支柱上的配電線路受到保護(hù)；后者則將防雷裝置安裝在架空配電線路低電壓處，加強(qiáng)對(duì)配電變壓器的保護(hù)來(lái)使整個(gè)配電線路安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 安裝避雷裝置

安裝和引進(jìn)避雷裝置是保護(hù)架空配電線路最有效的方法。由于不同地形的架空配電線路遭受雷擊的影響不同，避雷裝置的安裝需注意如下兩點(diǎn)：其一，避雷器的選擇。避雷器選擇的成功與否直接影響架空配電線路的防雷效果。由于架空配電線路經(jīng)常處于雷電頻發(fā)和地勢(shì)較高地區(qū)，因此，選用氧化鋅避雷器較合適，其不僅使架空配電線路免受雷擊，還不會(huì)增加線路的運(yùn)行電壓，保證了線路的使用壽命；其二，避雷器的安裝位置。由于避雷器的防雷范圍有限，如果僅僅安裝在桿塔上則只是對(duì)桿塔范圍內(nèi)起到保護(hù)作用，因此應(yīng)詳細(xì)了解不同地形的架空配電線路雷電頻發(fā)位置，從而有針對(duì)性地選擇避雷器的安裝位置，對(duì)整個(gè)架空配電線路起到實(shí)質(zhì)性的保護(hù)作用。

3.3 特殊的接地網(wǎng)改造

由于我國(guó)不同地區(qū)的土壤土質(zhì)不同，造成土壤的電阻不同，部分地區(qū)的土壤電阻很大，這在一定程度上影響雷電流的放電，因此，在類似這樣的地區(qū)應(yīng)進(jìn)行特殊的接地網(wǎng)改造，要改變其深度，增大敷設(shè)長(zhǎng)度，也可以在地下埋設(shè)銅導(dǎo)體接地棒來(lái)增大接地網(wǎng)接收雷電的能力。

3.4 增大接地裝置的接地深度

增大接地裝置的接地深度并應(yīng)用截面面積較大、表面做防腐處理的引下線，嚴(yán)格按照電力基礎(chǔ)工程施工要求進(jìn)行開(kāi)挖工作，最好要對(duì)接地裝置進(jìn)行驗(yàn)收。

3.5 降低桿塔的接地電阻

在保證配電線路正常工作并且不影響架空地線、接地引下線及地網(wǎng)的前提下降低桿塔的接地電阻，在不影響配電線路正常運(yùn)行的情況下盡可能地降低桿塔的接地電阻。

3.6 對(duì)桿塔的絕緣子進(jìn)行改造

針對(duì)地勢(shì)低的地區(qū)要對(duì)桿塔的絕緣子進(jìn)行改造，尤其是二級(jí)雷區(qū)以上的地區(qū)。如將一般絕緣子更換為大盤(pán)徑絕緣子或雙串絕緣子，另外還可安裝塔頭側(cè)針或接閃器。

3.7 利用消弧線圈加以防雷

如某些地區(qū)的接地電阻無(wú)法人工降低，則可利用消弧線圈來(lái)加以防雷。

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[3] 胡可蘭.不同地形條件下架空配電線路的防雷分析

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作者簡(jiǎn)介：王愛(ài)宏（1977-），男，山東德州人，國(guó)網(wǎng)山東電力集團(tuán)公司德州供電公司開(kāi)發(fā)客戶服務(wù)分中心技師，研究方向：配電線路。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）