輸電線路防雷差異化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

薩健彪

摘 要：輸電線路雷擊引起的跳閘在福建沿海地區(qū)較為頻繁，由于地形地貌、氣候、環(huán)境等因素影響，各類情況的雷擊頻率也不盡相同。本文研究輸電線路受雷擊原因，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提出輸電線路防雷差異化設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輸電線路;防雷;差異化

1.輸電線路防雷差異化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

接地裝置改造在線路防雷保護(hù)中起到十分重要的作用，一般老舊線段的桿塔改造后能達(dá)到進(jìn)線段耐雷水平的2/3以上，使接地電阻值保持相對較低的水平。如220 kV線路進(jìn)線段耐雷水平應(yīng)達(dá)110kA ，一般線段也應(yīng)達(dá)到75 kA以上。 110kV線路進(jìn)線段耐雷水平應(yīng)達(dá)到75kA ，一般線段也應(yīng)達(dá)到40 kA以上。下表是根據(jù)常規(guī)的計(jì)算分析方式得出的雙地線保護(hù)線路對接地裝置的基本要求。實(shí)際耐雷水平還會受到雷電波陡度、桿塔高度、絕緣水平等多種因素的影響。大量的計(jì)算分析表明，無論是110kV還是220kV等級，接地電阻的大小都是影響線路耐雷水平的關(guān)鍵因素。因此改進(jìn)接地裝置，并盡可能降低接地電阻，就是一項(xiàng)行之有效的基本措施。根據(jù)收集的有關(guān)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)提出以下從接地裝置方面考慮的方法：

一是改變接地裝置的結(jié)構(gòu)，采用新型強(qiáng)化電磁感應(yīng)型接地裝置、傳統(tǒng)式延伸地線、相鄰線路桿塔水平接地極的互連等方式。

二是接地裝置的埋設(shè)深度要求，根據(jù)季節(jié)、地形合理設(shè)計(jì)埋深。

三是垂直接地極的應(yīng)用，在高土壤電阻率地區(qū)，作為接地補(bǔ)充措施，應(yīng)用垂直接地極可以較好地改善表面干燥土壤接地不良的問題

四是耦合地線的應(yīng)用，研究表明，耦合地線可有效改進(jìn)導(dǎo)地線之間耦合系數(shù)，降低導(dǎo)-地線的電位差，從而提高輸電線路的耐雷水平。

五是采用延伸地線，延伸地線是順著線路方向敷設(shè)的較長接地裝置，傳統(tǒng)做法一般是將其與相鄰桿塔互連，故也稱連續(xù)水平接地體。延伸地線的耦合作用效果十分可觀。

2.線路避雷器的應(yīng)用

近年來，隨著金屬氧化物避雷器的技術(shù)的成熟，以及制造成本的降低，在輸電線路運(yùn)用避雷器實(shí)現(xiàn)保護(hù)已經(jīng)逐漸被人們認(rèn)同，開始了廣泛的實(shí)踐。據(jù)有關(guān)專題研究表明，采用避雷器實(shí)現(xiàn)對桿塔的保護(hù)，在很大程度上消除雷擊閃絡(luò)現(xiàn)象，解決了輸電線路繞擊雷防護(hù)效果差的現(xiàn)象，改善了線路的防護(hù)效果。在110kV輸電線路上應(yīng)用線路避雷器保護(hù)后，耐雷水平可提高到100-180 kA ，220kV輸電線路應(yīng)用防雷避雷器保護(hù)設(shè)計(jì)后，能夠使桿塔的耐雷水平提高到200-300kA，耐雷水平大幅度提高，基本上很少發(fā)生閃絡(luò)。線路避雷器在雷電活動強(qiáng)烈、降低桿塔接地電阻困難等特殊線段上安裝使用，可有效降低雷擊跳閘事故率，提高交流輸電線路的耐雷水平。

實(shí)際運(yùn)行中輸電線路避雷器的保護(hù)范圍與雷電流大小、線路耐雷水平有關(guān)。落雷在安裝線路避雷器的桿塔時，雷電流低于線路耐雷水平則避雷器保護(hù)全線段，絕緣子（串）不發(fā)生雷擊閃絡(luò)。雷電流大于線路耐雷水平則避雷器保護(hù)本桿塔絕緣子（串），臨近桿塔絕緣子（串）不在保護(hù)范圍，會造成發(fā)生雷擊閃絡(luò)。

落雷點(diǎn)在避雷器安裝點(diǎn)的鄰近桿塔時，輸電線路全段的耐雷水平與未安裝線路避雷器輸電線路的耐雷水平完全一樣，顯然此種情況下線路避雷器的保護(hù)范圍也為零。

與雷電反擊類似，雷電繞擊安裝了1組線路避雷器桿塔的輸電線路導(dǎo)線上時，當(dāng)繞擊點(diǎn)靠近安裝了線路避雷器的桿塔時，由于此時輸電線路的最小繞擊閃絡(luò)雷電流Imin遠(yuǎn)高于輸電線路的最大繞擊雷電流Imax ，輸電線路全線桿塔線路絕緣子（串）均不會發(fā)生閃絡(luò)，保護(hù)范圍為全線段，而當(dāng)繞擊雷落點(diǎn)在鄰近桿塔時，只要繞擊雷電流大于輸電線路的自然最小繞擊閃絡(luò)雷電流Imin時，則保護(hù)范圍又為零，鄰近桿塔的線路絕緣子（串）將發(fā)生閃絡(luò)。

綜合上述分析，嚴(yán)格意義上講，無論雷電反擊還是雷電繞擊，線路避雷器均無可外延的雷擊保護(hù)范圍，而僅能保護(hù)安裝了線路避雷器桿塔自身的線路絕緣子（串）。

3.使用可控放電避雷針

該針以變化緩慢的小電流上行雷閃放形式釋放雷云電荷，避免強(qiáng)烈的下行雷閃放電危害為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。通過數(shù)千次高壓放電試驗(yàn)證實(shí)它引發(fā)的是上行雷，具有保護(hù)可靠性提高、范圍大，且不受保護(hù)物高度影響等特點(diǎn)。經(jīng)專家評議認(rèn)為：原理正確，設(shè)計(jì)思想新穎，保護(hù)性能好，是一種有廣泛應(yīng)用前景的直擊雷保護(hù)設(shè)置。雷云對地面有兩種形式存在：上行雷閃和下行雷閃。

正常情況，先導(dǎo)放電自雷云向下發(fā)展的初始階段，先導(dǎo)頭部離地面較高，放電發(fā)展方向不受物體影響。避雷針的作用就是在電荷積聚到一定強(qiáng)度時，引導(dǎo)先導(dǎo)頭部附近電場向避雷針方向發(fā)展，使得下行雷閃主放電過程迅猛，造成雷電流副值大，陡度高;上行雷閃，一般沒有自上相下的主放電，先導(dǎo)過程是不斷產(chǎn)生向上的放電電流，過程是漸進(jìn)的，在積累過程中已有部分被釋放了，所以雷云向主放電通道供應(yīng)的電荷困難，放電電流副值小，且陡度低。

在等同條件下用正極性操作波放電獲得的可控放電避雷針與富蘭克林避雷針的保護(hù)曲線。試驗(yàn)時模擬雷云電極離地面高度為8.5m為了嚴(yán)格的考核可控避雷針的保護(hù)性能，操作波試驗(yàn)時沒有附加直流電場，可控放電避雷針在實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果上保護(hù)特性明顯優(yōu)于富蘭克林避雷針，主要參數(shù)繞擊概率和保護(hù)范圍，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

4.三根架空地線的應(yīng)用

盡管目前山區(qū)線路在設(shè)計(jì)上存在諸多的問題，國內(nèi)外大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也顯示進(jìn)行這些改進(jìn)是十分必要的，但要在現(xiàn)有線路實(shí)行根本性改造是十分困難的，可行性很小。因此要實(shí)現(xiàn)屏蔽防護(hù)措施的根本好轉(zhuǎn)，開展新塔型的應(yīng)用研究是一種解決方法。三地線的應(yīng)用與提高導(dǎo)、地線間距的措施共同運(yùn)用，能達(dá)到較為完善的綜合效果。

結(jié) 語

由于輸電線路在地理、氣象、環(huán)境上千差萬別，每條線路條件各不相同。因此，在考慮如何提高輸電線路耐雷水平問題時，同樣要結(jié)合線路本身特點(diǎn)，采用差異化設(shè)計(jì)，根據(jù)幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過計(jì)算、分析，才能確定采取何種較實(shí)用的防雷措施，從而保證輸電線路免受雷擊的危害，保護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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