架空線路遭雷擊原因及防雷措施

王晉文

摘要：由于架空輸電線路的線路長度較長，桿塔數(shù)量較多，途徑的地形復(fù)雜，常常經(jīng)過雷暴多發(fā)區(qū)段，所以對(duì)于架空輸電線路的防雷措施進(jìn)行研究，具有重要的意義。本文從輸電線路雷擊跳閘的危害、雷擊故障的主要類型和線路上常用的防雷措施等三個(gè)方面出發(fā)，對(duì)架空輸電線路防雷工作進(jìn)行分析，重點(diǎn)對(duì)于線路上常用的防雷措施進(jìn)行了研究，正確的實(shí)施線路的防雷措施，對(duì)于線路預(yù)防雷擊故障具有重要的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輸電線路;防雷;措施

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1 引言

電力系統(tǒng)安全可靠性是電力工作永恒的主題，架空輸電線路是電力系統(tǒng)不可或缺的部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，線路故障的一個(gè)相當(dāng)大的部分是由雷電引起的，在線路中可以達(dá)到60%到80%的比例。雷電是一種普遍現(xiàn)象，在大自然中無法躲避。輸電線路廣泛地分布在野外，閃電易擊中地面上凸起的物體，尤其是帶電物體。同時(shí)，線路的雷擊頻率與架空輸電線路的高度和長度呈正相關(guān)的關(guān)系。即使超高壓、特高壓架空輸電線路的絕緣水平相對(duì)較高，雷電對(duì)輸電線路的威脅也是一直存在的，因雷電導(dǎo)致的跳閘仍是主要的線路故障，因而架空輸電線路防雷保護(hù)一直是人們極為關(guān)注的課題。

2 雷害事故發(fā)生的原因

2.1 雷電繞擊閃絡(luò)

輸電線路一般均架設(shè)避雷線以保護(hù)導(dǎo)線免遭雷擊，但并非絕對(duì)有效，仍存在雷電繞過避雷線擊中導(dǎo)線的情況。由于雷電直接擊中導(dǎo)線，導(dǎo)線上的雷擊過電壓值很高，當(dāng)過電壓值超過線路絕緣的耐受電壓水平，則會(huì)發(fā)生沖擊閃絡(luò)，引起跳閘，這種閃絡(luò)稱為雷電繞擊閃絡(luò)。從線路遭受雷擊的情況看，雖然繞擊的概率很低，但由于導(dǎo)線上的雷擊過電壓值很高，所以因繞擊發(fā)生的跳閘事故占雷擊跳閘事故的比例超過60%。

2.2 雷電反擊閃絡(luò)

雷擊避雷線檔距中央時(shí)，雷電流迅速向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)桿塔和接地體流入大地。為避免檔距中央雷擊過電壓擊穿空氣間隙，閃擊至導(dǎo)線上造成跳閘事故，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在檔距中央，導(dǎo)線與避雷線間的距離S≥0.012L+1m（L為檔距，單位m;氣溫+15℃，無風(fēng)、無冰）;雷擊桿塔頂部時(shí)，雷電流一部分經(jīng)桿塔和接地體流入大地，另一部分經(jīng)避雷線向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，通過其它桿塔和接地體流入大地。上述兩種雷擊情況，強(qiáng)大的雷電流經(jīng)桿塔和接地體流入大地時(shí)，因桿塔電感和沖擊接地電阻的原因，使塔頂電位升高，當(dāng)塔頂電位與相導(dǎo)線的感應(yīng)電位差超過線路絕緣子串的50%沖擊放電值時(shí)，導(dǎo)線與桿塔之間就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，引起跳閘，這種閃絡(luò)稱為雷電反擊閃絡(luò)。

3 雷擊故障的主要類型

一種為雷直擊桿塔故障，由于架空輸電線路的日常運(yùn)行維護(hù)的需要，在長長的線路走廊中，經(jīng)常會(huì)跨越低壓線路、通訊線路、公路、江河、樹木等，需要將桿塔建設(shè)的盡量高一些，這樣有利于日常的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。桿塔的高度比較高，又獨(dú)立的聳立在荒野上，很容易遭受到雷擊現(xiàn)象。當(dāng)雷電擊中桿塔，并且瞬間擊穿絕緣子時(shí)，就會(huì)造成單相接地的線路跳閘故障。二種為雷直擊導(dǎo)線故障，雷電繞過避雷線的屏蔽作用，擊中導(dǎo)線，使得絕緣子發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，引發(fā)線路跳閘故障，這種閃絡(luò)故障也叫繞擊閃絡(luò)故障。三種為雷擊線路周邊故障，雷擊過程中，擊中架空輸電線路周邊區(qū)域時(shí)，可能造成架空輸電線路形成瞬時(shí)間的感應(yīng)過電壓，過大的感應(yīng)過電壓產(chǎn)生極大的電荷量，擊穿絕緣子，造成絕緣子閃絡(luò)故障。

4 線路上常用的防雷措施

4.1 加強(qiáng)線路絕緣

加強(qiáng)線路絕緣可以通過增加絕緣子串的片數(shù)來實(shí)現(xiàn)。線路絕緣水平的提高意味著引起反擊閃絡(luò)的塔頂允許電位值提高，所以線路絕緣水平的提高可以減少雷電反擊閃絡(luò)發(fā)生的概率。但是絕緣子片數(shù)增加受塔頭電氣間隙的限制，過多地增加絕緣子片數(shù)會(huì)導(dǎo)致直線桿塔水平檔距減小，造成耐張桿塔外角側(cè)跳線對(duì)塔身的安全距離不足。加大塔頭設(shè)計(jì)尺寸可解決這些問題，但會(huì)增加建設(shè)成本，為此需慎重考慮。

4.2 良好的接地裝置

不同的防雷技術(shù)或系統(tǒng)，其運(yùn)行機(jī)理之一都是要把雷電流通過接地裝置導(dǎo)入大地，來最終達(dá)到保護(hù)線路以及人員安全的目的。所以，架空線路防雷系統(tǒng)必須要有高標(biāo)準(zhǔn)的接地裝置，否則在雷電天氣有可能引起斷電，情節(jié)嚴(yán)重時(shí)可能影響到周邊人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。另外線路避雷器也需要以良好的接地裝置為條件才能取得良好避雷效果，避雷器接地裝置要求接地阻值小于4Ω，且為獨(dú)立接地。在降低塔架接地電阻的實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)塔架基礎(chǔ)的土壤電阻率進(jìn)行處理。在土壤電阻率低的地區(qū)，可以利用鐵塔和鋼筋混凝土桿的自然接地電阻;在土壤電阻率高的地區(qū)，可以采用多根放射形接地體、連續(xù)伸長接地體或者垂直接地電極等方案，在效果明顯的情況下，應(yīng)對(duì)接地極材料進(jìn)行升級(jí)，鋼材可以用銅覆鋼材料代替以達(dá)到更好的效果。

4.3 安裝線路氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器，可以抑制雷電過電壓引起的內(nèi)部過電壓，也可以抑制操作過電壓引起的內(nèi)部過電壓。氧化鋅避雷器可以減小雷擊架空輸電線路放電時(shí)的最大值，從而起到保護(hù)輸電線路的目的。氧化鋅具有非線性的伏安特性，在架空輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，流過氧化鋅避雷器的電流極小，不會(huì)影響線路的正常運(yùn)行。但是當(dāng)出現(xiàn)過電壓，比如雷電壓時(shí)，氧化鋅避雷器的電阻會(huì)產(chǎn)生一種急劇的降低，從而起到疏導(dǎo)雷電流的作用，保護(hù)架空輸電線路不受雷擊的傷害，同時(shí)，在雷擊過后，氧化鋅避雷器又恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)。

4.4 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻對(duì)于防范雷擊有著重要的意義， 在線路桿塔的絕緣電阻高的情況下，雷擊桿塔時(shí)，桿塔頂部電位更大，絕緣子將會(huì)承受更大的電壓，更容易被擊穿，但是在線路桿塔的絕緣電阻小的情況下， 雷擊桿塔時(shí)， 桿塔頂部電位更小，絕緣子將會(huì)承受更小的電壓，不容易被擊穿。 降低絕緣電阻有多種方法， 比如延長接地體長度， 增加接地體的埋入深度，使用新型石墨烯接地體，使用降阻劑等，都可以有效降低接地電阻。由于架空輸電線路所處地理位置復(fù)雜， 很多地區(qū)的土質(zhì)為絕緣電阻較高的地質(zhì)條件，采用降低桿塔絕緣電阻的方法，對(duì)于防范雷擊危害是一種可行的方案。 對(duì)于較高電壓等級(jí)的架空輸電線路、處于雷暴多發(fā)區(qū)的線路桿塔、重要輸電通道的線路桿塔，采用降低桿塔絕緣電阻的方法，來預(yù)防雷擊故障，可以作為一種較好的方法。

4.5 選擇合理的線路路徑

選擇合理的線路路徑，可減少線路遭受雷擊的概率，大幅降低雷擊事故的發(fā)生率。突兀高聳的山脊、大片水域、金屬礦藏、高雷暴日地區(qū)往往是雷電多發(fā)區(qū)域，選擇線路路徑時(shí)，應(yīng)盡量避開這些區(qū)域。但是，不同路徑的建設(shè)成本也不盡相同，因此需綜合考慮。

5 結(jié)束語

經(jīng)過近幾年對(duì)架空輸電線路運(yùn)行維護(hù)和防雷工作的實(shí)踐，雖然現(xiàn)在還不能完全避免架空輸電線路雷害，但通過多年的研究和運(yùn)行，積累了一定的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)危害大小和發(fā)生頻率采取對(duì)應(yīng)措施，做到有的放矢，使經(jīng)濟(jì)性和安全性達(dá)到較為理想的狀態(tài)。

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