山區(qū)超高壓輸電線路運行中新型防雷措施及其效果

呂智

摘 要：隨著我國經濟的不斷發(fā)展，對電力的需要量不斷增加，為了有效滿足電力供應的要求，各種電力工程越來越多，尤其是各種山區(qū)超高壓輸電工程數(shù)量和規(guī)模不斷得到增長。由于山區(qū)環(huán)境的特殊性，在這些超高壓線路實際工作的過程中，非常容易遭受到雷擊的危害，對各種電力設備和其中儀表設備的正常工作，造成非常大的影響，甚至造成電力設備的損壞。為此，文章對山區(qū)超高壓輸電線路運行中新型防雷措施及其效果進行探討，希望對促進我國電力事業(yè)的發(fā)展，可以起到有力的作用。

關鍵詞：山區(qū)；超高壓輸電線路；新型防雷措施

中圖分類號：TM863 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0131-02

Abstract： With the development of economy in our country， the demand for electric power is increasing. In order to meet the demand of electric power supply effectively， more and more electric power projects are needed， especially the number and scale of EHV transmission projects in mountainous areas. Because of the particularity of the mountain environment， in the actual working process of these EHV lines， it is very easy to suffer from the harm of lightning strike， which has a very great impact on the normal work of all kinds of power equipment and its instrumentation equipment and even caused damage to electrical equipment. Therefore， this paper will discuss the new lightning protection measures and their effects in the operation of EHV transmission lines in mountainous areas， in order to play a strong role in promoting the development of power industry in our country.

Keywords： mountain area； EHV transmission line； new lightning protection measures

1 概述

山區(qū)超高壓輸電運行管理一直是輸電工作中的難點，在其實際運行的過程中，由于線路地勢位置比較高，因此非常容易遭受到雷擊的傷害，會直接引起雷擊跳閘事故，對輸電線路的正常運行，會造成非常大的影響。在傳統(tǒng)防雷措施的采用過程中，雖然可以有效降低雷擊造成的各種事故發(fā)生率，但還是不能完全避免。隨著技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型的防雷技術，通過積極將這些技術應用到實際的山區(qū)高壓輸電防雷工作中，可以起到比較好的防雷效果[1]。

2 雷電的成因和主要形式

雷電是一種正常的自然現(xiàn)象，在夏季時非常多見，地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷上升到高空，非常容易形成積雨云，其中往往聚集著大量的正電荷或者負電荷，非常容易形成雷雨云。由于受到高空電荷的影響，在云底也會感應出反極性的電荷。經過內部持續(xù)的碰撞，上層的正電荷量越來越大，下層的負電荷量也持續(xù)增加，兩層之間的電場強度也在不斷增加，當電場強度超過一定的值后，就容易引起強烈的放電現(xiàn)象，形成雷云中放電，這就是所謂的雷電[2]。

雷電按其作用形式分為直擊雷和感應雷。直擊雷造成的危害往往比較直觀，會引起燃燒和火災等現(xiàn)象。為了有效防止該現(xiàn)象的產生，可以采用避雷針、避雷器、避雷帶、避雷網等來進行防護。感應雷其影響沒有那么直接，但其發(fā)生幾率也依然很高，各種形式的雷電，都有可能會引發(fā)感應雷。感應雷在發(fā)生的瞬間，會在局部空間內，感應出強度比較高的磁場，當磁場強度超過一定的值，就會造成電氣設備的損壞，甚至造成永久性的損壞，嚴重影響到設備的穩(wěn)定運行，直接會造成通訊設備的中斷。在儀表自動化系統(tǒng)的防雷中，主要是預防感應雷的發(fā)生，其危害最大，往往會直接造成系統(tǒng)的癱瘓甚至失靈[3]。

3 山區(qū)超高壓輸電線路新型保護措施

對于山區(qū)超高壓輸電線路來說，由于海拔位置較高，山體的坡度較大，常規(guī)的防雷措施效果往往不是那么顯著，對繞擊雷防范作用更是有限，雷擊事故率往往較高。通過相關研究人員最近幾年不懈的努力，現(xiàn)在出現(xiàn)了一些新型的防雷措施。

合理對輸電線路的絕緣配合。在絕緣配合的選擇過程中，一定要合理考慮各種電氣設備的耐壓等級、保護裝置的特性和設備的耐壓特性，有效確定設備的必要絕緣等級。（1）架空送電線路的絕緣配合設計，這可以有效解決桿塔和檔距中央各種可能放電途徑的絕緣選擇和它們之間的相互配合問題。其通常包括對桿塔進行合理的絕緣配合設計、檔距中央導線及避雷線間的絕緣配合設計、做好檔距中央導線對地和各種被跨越物的絕緣配合設計、做好檔距中央不同導線之間的絕緣配合設計。（2）對絕緣串片的數(shù)量進行合理選擇。為了保證絕緣子可以滿足其輸電的具體要求，要求其具有一定的強度，其電氣絕緣強度也應該滿足實際的使用要求，對絕緣片子數(shù)量的選擇，應該讓其滿足操作過電壓的要求。通過長期的研究發(fā)現(xiàn)，耐張絕緣子串的電氣強度要比懸垂絕緣子串的要高一些，因此在實際使用過程中，同一電壓等級的耐張絕緣子串應該比懸垂絕緣子多1到2片。

雷電定位系統(tǒng)的使用。根據(jù)長期的研究發(fā)現(xiàn)，山區(qū)雷電事故的發(fā)生往往集中在某一些固定的區(qū)域，如果可以有效掌握這些區(qū)域的具體位置，就可以直接采取針對性的措施。雷電定位系統(tǒng)是伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，而產生的一種新防雷措施，其可以有效定位某一區(qū)域年雷電現(xiàn)象發(fā)生的具體位置，是一種自動化、全天候的雷電計算機在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)，通過對閃電回擊輻射的聲、光、電磁特性來對閃電進行遙測的，是一種監(jiān)測雷電發(fā)生的自動化氣象探測設備，隨著該技術的不斷發(fā)展，其對雷電的定位精度越來越高。

安裝線路性避雷器。通過在全線架設避雷線，雖然能夠有效降低過電壓現(xiàn)象的發(fā)生，但還是無法完全避免。如果想要完全避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，就應該安裝線路型避雷器，其能夠有效將雷擊電流導入到地下，從而避免了電壓的異常升高，有效保障線路和設備的安全。在實際的防雷工程中，雷電流強度、線路絕緣子一半的放電電壓和塔體的沖擊接地電阻是影響線路耐雷水平的重要因素。線路位置和當?shù)氐拇髿鈼l件，會直接影響雷電流的強度，線路的放電電壓在線路建成后，其是保持不變的。通過給輸電線路加裝避雷設備后，一旦線路遭受到雷擊，很大一部分電流會經過避雷線路流入到相鄰的桿塔中，其中的大部分電流是通過避雷器流入到導線中，并傳播到相鄰的桿塔中。雷電流在流經避雷線和導線時，由于電磁感應的作用，會在導線和避雷線上產生一定的耦合分量。由于避雷器分流電流值要遠遠大于避雷線中的分流電流，這種分流的耦合作用，將會導致導線的電位身高，有效降低導線和桿塔之間的電壓差，能夠有效避免絕緣子閃絡現(xiàn)象的發(fā)生。因此，采用線路避雷器具有非常好的鉗電位作用，這也是線路避雷器的一個顯著特點。

通過國內外先關工程實踐表明，線路防雷用的金屬氧化物避雷器在防止雷擊導線方面，作用效果非常顯著。通過在500kV輸電線路外相安裝一支避雷器，可以有效避免由于繞雷引發(fā)的絕緣閃絡現(xiàn)象，可以在很大程度上提升線路反擊雷的能力。

4 智能電網系統(tǒng)的防雷

隨著智能電網技術的不斷發(fā)展，其在實際山區(qū)超高壓輸電系統(tǒng)中的應用越來越多。通過避雷器的使用，雖然可以在很大程度上避免對輸電線路設備造成損壞，但還是會對智能電網系統(tǒng)的正常工作造成非常大的影響。在雷電發(fā)生的過程中，其會產生較大的電磁干擾，很容易導致各種電氣儀表的工作失靈，造成通信線路的中斷，對智能電網系統(tǒng)的正常運行，造成非常大的影響。

干擾的傳播主要分為傳導方式和輻射方式。電磁在傳導的過程中，可以利用電阻、電容、電感作用傳播渠道。輻射方式主要是以電磁波的形式進行傳遞的，在實際的繼電保護干擾中，往往它們是同時存在的。電磁干擾在敏感設備回路或裝置端口的作用通常會分為共模干擾和差模干擾。共模干擾往往會直接造成電路端口對地的電位差。差模干擾往往是指同一回路中的電線之間形成電位差。我們在實際的抗干擾設計中，應該根據(jù)干擾現(xiàn)象的不同，采用不同的抗干擾技術。

合理安裝浪涌保護器。在儀表控制系統(tǒng)的正常工作過程中，一旦雷擊電流進入到了系統(tǒng)，由于其電流值較大，很容易造成內部電子元件的擊穿。為了有效防止該情況的發(fā)生，我們可以采用浪涌保護器，其可以自動檢測系統(tǒng)內部電流的大小，如果電流值超過一定的量，就會對電流回路進行有效切換，將強大電流直接導入到地下，并將輸出電壓鉗制到一個安全水平上，雖然不能阻止雷電的發(fā)生，但可以有效減少其造成的破壞。其在實際工作過程中，通過電流回路的控制，可以將竄入電力線、信號線的瞬態(tài)電壓限制在一個比較小的范圍，避免高壓擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，對其中電力電子設備進行有效的保護。

經過大量的研究發(fā)現(xiàn)，干擾信號和實際控制信號在規(guī)律上往往有非常大的區(qū)別，干擾信號的持續(xù)時間往往較為短暫，且信號的穩(wěn)定性不高。為了有效將干擾信號有效識別出來，可以采用高效的智能信號識別算法，當傳感器將這些信號采集過來后，并不會直接驅動執(zhí)行機構進行動作，而是通過智能微處理芯片，采用干擾信號排除算法，對這些信號加以甄別，如果發(fā)現(xiàn)是干擾信號，其就不會進行動作，只有判定為正常的控制信號后，才會對數(shù)據(jù)進行有效采集，讓數(shù)據(jù)在系統(tǒng)工作中發(fā)揮作用，在實際的應用過程中，干擾信號的判別經常采用的是遺傳算法和模糊邏輯等技術。我們還可以將采樣定理應用在對干擾信號的識別當中，如果信號可以持續(xù)在2毫秒內保持穩(wěn)定，其幅值穩(wěn)定在額定范圍內的百分之五，就可以認定為有效信號，借此將干擾信號有效甄別出來。

5 實際應用案例

由于內蒙古地區(qū)的整體海拔高度較高，很多超高壓輸電線路會直接建設在人煙稀少的山區(qū)，再加上該地區(qū)風沙天氣較多，雷擊跳閘事故率往往較高。為了有效改善這一現(xiàn)象，我們采取了如下的措施：（1）通過考慮山區(qū)輸電線路絕緣配合以及遭受雷擊過電壓的實際情況，可以酌量增加絕緣子的數(shù)量。（2）可以通過在桿塔上加裝避雷器，這是一種非常適用的防雷措施。通過對線路避雷器的適用，可以有效降低桿塔對接地電阻的要求，這樣可以有效降低雷擊跳閘事故發(fā)生的幾率，提高線路的防雷耐壓水平。

6 結束語

山區(qū)超高壓輸電，由于環(huán)境的特殊性，非常容易引起雷擊跳閘事故，對輸電可靠性造成非常大影響。針對當前傳統(tǒng)防雷技術的不足，應該積極加大對新型防雷技術的應用，進一步提高線路的防雷效果。

參考文獻：

[1]喬廣社.超高壓輸電線路跨越高鐵技術探討[J].硅谷，2015（04）：11-12.

[2]林小華.淺談影響超高壓輸電線路保護的相關因素[J].機電信息，2012（12）：25-26.

[3]邵遠鵬，于江，申學德.500kV超高壓輸電線路運行維護管理探析[J].技創(chuàng)新與應用，2016（34）：37-38.