高壓輸電線路綜合防雷措施探討

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用電需求量越來越大，對供電系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的要求越來越高。高壓輸電線路在整個供電系統(tǒng)中占有重要的地位，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性將會直接影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。文章結(jié)合高壓輸電線路運(yùn)行的實(shí)際情況，分析了提高高壓輸電線路防雷水平的措施，希望對以后的高壓輸電線路防雷工作能有所幫助。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；防雷措施；供電系統(tǒng)；用電需求；雷電打擊 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2016）32-0125-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.062

在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，人們對電能的依賴性越來越大，社會生活的方方面面都和電能有著或多或少的關(guān)系，人們的日常生活再也離不開電能。在這種情況下，如何確保供電的安全性和穩(wěn)定性成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問題。高壓輸電線路是供電系統(tǒng)的重要組成部分，確保高壓輸電線路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性對于保證供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行來說具有重要的作用。在高壓輸電線路運(yùn)行的過程中，雷電打擊是影響其正常運(yùn)行的主要因素之一，因此必須要采取合理的措施提高高壓輸電線路的防雷水平。本文將從介紹輸電線路雷擊放電原理入手，分析高壓輸電線路在防雷方面存在的安全隱患及其原因，提出提高高壓輸電線路防雷水平的對策。

1 輸電線路雷擊放電原理

我們都知道雷電打擊事故的發(fā)生是由于雷云帶電導(dǎo)致的，但目前在學(xué)術(shù)界還無法對雷云帶電的原因進(jìn)行解釋。因?yàn)椴煌娜藢自茙щ娫虻慕忉屖遣煌模壳斑€沒有統(tǒng)一的解釋。但雷云放電產(chǎn)生的電流是非常大的，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，一般情況下，雷云放電產(chǎn)生的電流可以達(dá)到幾十千安，如果放電情況比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的電流甚至可以達(dá)到幾百千安。如果強(qiáng)大的電流延伸到地面上，將會帶來較為嚴(yán)重的后果。

下面將具體介紹雷電過電壓的形成過程。先來介紹雷電壓和雷電流的形成過程。雖然雷電現(xiàn)象形成的過程是比較復(fù)雜的，但可以將其簡單地理解為電磁波的傳播過程。雷電在擊中導(dǎo)線以后，雷電流會沿著兩路前進(jìn)，在其前進(jìn)的過程中還會伴隨有電壓行波，這二者構(gòu)成了電磁波，電磁波在傳播的過程中是以光速前進(jìn)的。電壓行波和電流行波在傳播的過程中會涉及到波阻抗。所謂的波阻抗其實(shí)就是電壓行波和電流行波的比值。通常來說，波阻抗的數(shù)值為300歐。如果雷電擊中桿塔的頂部，而塔腳接地電阻的阻值又是比較小的，則會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。一般來說，雷電過電壓有兩種形式：一種是雷電感應(yīng)過電壓；另一種是直擊雷過電壓。

首先，介紹雷電感應(yīng)過電壓。在雷雨天氣中，雷電直接擊中高壓輸電線路的概率是比較小的，通常來說雷電會擊中高壓輸電線路周圍的空地或者是擊中避雷針、桿塔等。在雷電打擊的過程中，在電磁感應(yīng)的作用下，高壓輸電線會產(chǎn)生過電壓，而這種現(xiàn)象就被稱之為感應(yīng)過電壓。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)過電壓一般在500～600千伏之間，很少會超過600千伏。因此，對于一般的高壓輸電線路來說，在產(chǎn)生感應(yīng)過電壓時是不會出現(xiàn)閃絡(luò)的。如果高壓輸電線上有地線，在發(fā)生雷電打擊時地線會起到一定的屏蔽作用，進(jìn)而可以降低感應(yīng)過電壓的數(shù)值。如果雷電擊中的是避雷針或者是桿塔的塔頂，則會形成雷電反擊過電壓，其具體的數(shù)值和桿塔的高度、類型等有很大的關(guān)系；其次，介紹直擊雷過電壓。如果雷電直接擊中了導(dǎo)線，則會產(chǎn)生直擊雷過電壓。

2 高壓輸電線路雷擊事故發(fā)生的原因

在輸電線路正常運(yùn)行的過程中，在各種因素的影響下會出現(xiàn)雷擊跳閘事故。目前來說，我國高壓輸電線路出現(xiàn)雷擊跳閘事故的概率是比較高的。雷擊跳閘事故的出現(xiàn)會直接影響到高壓輸電線路的運(yùn)行。在人們對電能依賴性越來越高的今天，如果出現(xiàn)雷擊跳閘事故，將會直接影響到人們的正常生活。下面將具體分析導(dǎo)致高壓輸電線路雷擊事故發(fā)生的原因。

2.1 高壓輸電線路使用的桿塔沒有做好接地工作

正如上文所述，導(dǎo)致雷擊事故發(fā)生的原因是雷電擊中了輸電線或者是輸電線周圍的空地，導(dǎo)致過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。大量的研究顯示，雷電過電壓事故發(fā)生的概率和桿塔接地裝置有一定的關(guān)系。如果桿塔接地電阻的阻值過高，則會影響到高壓輸電線路的防雷水平。

2.2 高壓輸電線路的絕緣配置不足

在高壓輸電線路使用的過程中，絕緣配置不足是導(dǎo)致其安全性較低的一個重要因素。在高壓輸電線路運(yùn)行的過程中，絕緣裝置的主要用途是避免出現(xiàn)電流回流的現(xiàn)象。如果在高壓輸電線路運(yùn)行的過程中，絕緣裝置無法起到應(yīng)有的作用，則會導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。此外，如果高壓輸電線路的絕緣配置因老化而出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，會增加雷電打擊事故發(fā)生的概率。而且相比于其他的安全事故來說，絕緣配置脫落的危險性更大，會造成較為嚴(yán)重的后果。

2.3 高壓輸電線路使用的避雷針存在問題

在高壓輸電線路設(shè)計(jì)的過程中就應(yīng)考慮到防雷問題，但如果在設(shè)計(jì)時忽略了桿塔的保護(hù)角，同樣會增大閃絡(luò)出現(xiàn)的次數(shù)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的桿塔保護(hù)角無法滿足防雷的需要，進(jìn)而影響了防雷的效果。因此，在高壓輸電線路設(shè)計(jì)時必須要重視避雷針的設(shè)計(jì)。但避雷針自身存在一定的局限性，在發(fā)生雷電打擊事故時，無法有效保護(hù)高壓輸電線路。

3 提高高壓輸電線路防雷水平的措施

3.1 影響高壓輸電線路防雷水平的因素

影響高壓輸電線路防雷水平的因素是比較多的，主要有桿塔的接地電阻、線路檔距、桿塔的高度等，下文將對此進(jìn)行具體的介紹。

3.1.1 桿塔的接地電阻。桿塔雷電沖擊電位的高低和桿塔接地阻抗有一定的關(guān)系，高壓輸電線路耐雷水平隨著桿塔接地電阻的增加而降低。在發(fā)生雷電打擊事故時，避雷線和輸電導(dǎo)線的波阻抗要比桿塔接地電阻的阻值大。因此大部分的雷電流都會流入到大地中，只有一小部分會流向附近的桿塔。輸電線耐雷水平和桿塔接地電阻之間的關(guān)系如圖1所示：

3.1.2 線路檔距。在發(fā)生雷電打擊事故時，線路檔距將會影響雷電波傳播的時間。因?yàn)槔纂姴〞刂旊娋€路進(jìn)行傳播，在傳播時線路檔距決定傳播的時間。在其他條件不變情況下，隨著線路檔距的增加，線路的耐雷水平也會增加。但當(dāng)檔距增加到一定程度以后，線路耐雷水平就不會再變化了。

3.1.3 桿塔的高度。通常來說，隨著桿塔高度的增加，線路的耐雷水平是降低的。這主要和兩方面有關(guān)。一方面，在桿塔高度增加的同時，其引雷面積也是增加的，被雷電擊中的概率大大增加；另一方面，在桿塔高度增加時，出現(xiàn)反擊的概率增加，跳閘現(xiàn)象發(fā)生的概率也會增加。

除了上述介紹的原因以外，導(dǎo)線電壓、桿塔波阻抗等也會影響高壓輸電線路的防雷水平。由于篇幅有限，這里就不再進(jìn)行具體的介紹了。

3.2 高壓輸電線路常用的防雷措施

3.2.1 要加強(qiáng)對輸電線路路徑選擇的重視。根據(jù)相關(guān)的研究顯示，高壓輸電線路發(fā)生雷擊事故是有一定規(guī)律的，并不是所有的路段都會發(fā)生雷擊事故，雷擊事故大都集中發(fā)生在某些路段上。這些容易發(fā)生雷擊事故的路段被我們稱之為易擊區(qū)。如果在高壓輸電線路路徑選擇的過程中能避開易擊區(qū)，將會大大降低雷擊事故發(fā)生的概率。如果由于客觀因素的影響無法避開易擊區(qū)，在輸電線路防雷設(shè)計(jì)時要對其進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，例如潮濕的盆地地區(qū)、雷暴走廊、土壤電阻率突變的地區(qū)等均屬于易擊區(qū)。

3.2.2 要合理架設(shè)避雷線。在架空輸電線路中，架設(shè)避雷線是防雷的一種重要手段。架設(shè)避雷線不僅可以避免雷電直接擊中導(dǎo)線，同時還可以降低感應(yīng)過電壓。按照國家的規(guī)定，不同類型的輸電線路應(yīng)采用不同的避雷線架設(shè)方法。如果輸電線路電壓等于或高于220千伏，則應(yīng)全線架設(shè)避雷線。如果輸電線路電壓為110千伏，一般情況下也應(yīng)全線架設(shè)避雷線。

3.2.3 要盡量降低桿塔接地電阻。在輸電線路使用的過程中，桿塔對其運(yùn)行的安全性具有較大的影響。對于普通的桿塔來說，在其他因素不變的情況下，降低桿塔接地電阻可以有效提高輸電線路的防雷水平。在桿塔塔腳電阻和避雷線的同時保護(hù)下，輸電線路發(fā)生雷擊事故時的電壓會大大降低。目前來說，常見的降低桿塔接地電阻的方法主要有三種：一種是使用降阻劑；一種是擴(kuò)大接地網(wǎng)面積；一種是外引接地。

3.2.4 要合理增加耦合地線。雖然降低桿塔接地電阻可以提高輸電線路防雷水平，但在一些特殊的情況下，降低桿塔接地電阻的難度是比較大的。在這種情況下，就應(yīng)通過增加耦合地線的方式來提高輸電線路的防雷水平。耦合地線主要有兩個作用：一個是可以降低絕緣子串的反擊電壓；另一個是可以將雷電流分流出去。大量的實(shí)踐已經(jīng)證明，采用增加耦合地線的方式是可以降低雷擊跳閘事故發(fā)生的概率的，而且效果比較顯著，特別是在山區(qū)。

4 結(jié)語

總之，在用電需求量越來越高的今天，研究高壓輸電線路綜合防雷措施是十分必要的。因?yàn)楦邏狠旊娋€路出現(xiàn)雷擊事故的概率是比較高的，造成的影響是比較大的，因此我們應(yīng)加強(qiáng)在相關(guān)方面的研究力度，提高高壓輸電線路的防雷水平。

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作者簡介：張永晴（1971-），男，廣東河源人，廣東電網(wǎng)河源和平供電局中級工程師，研究方向：輸變電運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)及管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）