淺析供電線路的防雷措施

孔存旺

（江西銅業集團有限公司武山銅礦，江西瑞昌 332204）

1 引言

武銅110/6kV 總降壓變電站采用兩回路110kV架空進線，總降壓變電站共有20 條6kV 的供配電線路用以滿足生產的需要，其中包括礦山通風系統、提升系統、排水系統等一級負荷的雙回路架空線路。由于各架空線路架設面廣且多數位處山地丘林，春夏之際雷雨頻繁，線路時常受到雷害侵襲造成跳閘事故或由于避雷設備本身故障導致線路故障跳閘，不僅造成供電線路的不穩定，嚴重時影響整個礦山生產的順利進行，造成較大的經濟損失，因此提高供電線路的防雷性能顯得的尤為重要。

2 供電線路遭受雷擊的原因與危害

在供電系統中，高壓線路比較容易受到雷擊危害，這是因為在線路中會應用到各種金屬材料的構件，金屬構件的使用一定程度上增加了其遭受雷擊的風險，供電線路受到雷擊時會通過金屬構件產生很大的感應電流，使得感應電壓也隨之增大，感應電壓高到一定程度時導致供電線路電壓急劇提升［1］，最終的結果就是線路出現故障、跳閘影響線路的正常運行。供電線路遭受雷擊的原因有多種，大致的可以分為以下幾點：

（1）供電線路自身的絕緣水平不高，這也是線路遭受雷擊的首要原因；

（2）防雷措施不全面導致線路的防雷水平不足；

（3）防雷裝置安裝后，在使用過程中的檢查和維護不及時。尤其是在雷雨天氣較多的季節來臨之前，要對防雷裝置進行系統的檢查和維護。

雷擊的危害可分為直擊雷、感應雷和逆流雷三種。直擊雷是最易給供電線路造成破壞，也是危害最嚴重的。因雷電直接擊中供電線路后導致線路電壓很高，此時到達線路的電流和電壓都很高，給電力線路造成的損失或危害也越大；感應雷是線路旁的建筑物或其他物體如樹枝在受到雷電打擊時改變了線路周邊的電磁場，進而造成線路高電壓，感應雷也會影響或破壞供電的穩定性；逆流雷是由于雷擊中建筑物，建筑物的接地電阻變大，則建筑物的接地電位也隨之上升，此時一部分落雷中攜帶的電流將會到達供電線路中，影響線路供電的安全［2］。

3 供電線路防雷裝置的原理

防雷技術是一項系統工程，一般分為外部防雷和內部防雷兩個方面。外部防雷主要是通過金屬桿，引下線和接地體系組成，當線路遇到雷擊時，通過金屬桿、引下線將雷擊產生的大電流引入接地體系中，最終將電流導入大地，避免對線路的運行造成影響；內部防雷是過電壓保護，限制電壓幅值，均衡系統的電位［3］。

目前常用的防雷技術主要有疏導式和堵塞式。疏導式防雷是通過電流的釋放來實現如降低桿塔接地電阻，加裝耦合地線，安裝并聯保護間隙，線路直連氧化鋅避雷器等；堵塞式防雷是通過提高線路自身的承受雷擊能力來實現，如安裝避雷線，增強線路的絕緣子串長度，采用絕緣桿塔和橫擔，埋設電纜等［4］；此外還有工頻電弧誘導性防雷措施及雷電弧誘導性防雷措施。總之，有效的防雷措施應能保證線路的正常運行。

4 供電線路中常用的防雷具體措施

4.1 安裝避雷線

安裝避雷線是目前供電線路中常用且主要的防雷措施之一，在我國35kV 及以上的輸電線路均要求架設避雷線［4］，避雷線的主要作用是將雷電流進行引導和分流，防止因雷電流對線路電壓造成影響，通過對導線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓，對導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓，這些都可以有效的降低線路因雷擊跳閘而導致供電線路故障的概率。安裝避雷線時一般要求其與被保護的線路的保護角在20 ～30°，最大不能超過30°，因為保護角越小對線路的保護就越好，甚至有時可以做成負的保護角，但這樣經濟型就相應的比較差。在實際的線路架設中，由于受到地形、地勢等客觀因素的影響，避雷線防雷仍存在一些技術瓶頸，尤其在電壓等級越高的線路中。

另外，在頻繁遭受雷擊的6kV 架空線路安裝避雷針也是常用的一種防雷措施。但是在實際應用卻存在由于避雷針而導致雷擊概率增大和保護范圍小的問題。

由于避雷針的引雷作用，所以雷擊次數就會提高，當雷電被吸引到避雷針上，在強大的雷電流沿針而流入大地過程中，雷電流周圍形成的磁場會產生感應過電壓，它與雷電流的大小及變化速度成正比，與雷擊的距離成反比。當雷電被吸引到針上，將有高達數千安的高頻電流通過避雷針及其接地引下線和接地裝置，此時避雷針和引線的電壓很高，若避雷針對被保護物之間的距離小于安全距離時，會由針及引下線向被保護物發生反擊，損壞被保護物。

4.2 提高線路的絕緣水平

絕緣子是輸電過程中重要的絕緣部件，絕緣子的質量如何決定這供電線路的絕緣水平，線路的絕緣水平越高其抗雷擊的能力也越高［6］。一般通過增加絕緣子串的長度可以提高線路的絕緣水平，但是絕緣子對地電容、絕緣子對導線電容可形成一個電容鏈，在線路正常工作時，電容鏈的影響可以忽略不計，當線路受到雷電侵襲時就形成了一個大且不均勻的電容，直接影響到雷電沖擊電流的分布，進而影響絕緣子的壓降，最終產生飽和特性［4］。因此實際的應用中并非是線路的絕緣水平隨著絕緣子片數增加而無線增大的，要根據實際測試來確定最佳的絕緣子片數。

4.3 選用防雷絕緣子

由于6kV 線路的絕緣水平普遍較低，難以承受直擊雷或感應雷的作用，不僅在雷擊導線和塔頂時會閃絡引起跳閘，而且在雷電擊中周邊的樹木或建筑時，因感應電壓過高也會導致閃絡，絕緣層被擊穿，接續的工頻電弧在此處燃燒，在極短的時間內導線就會燒斷。雷擊斷線已成為電力系統面臨的一個安全問題。

防雷絕緣子將絕緣子和防弧金具合二為一，能夠懸掛拉緊供電線路，絕緣子左右兩端引弧棒提供的空氣間隙能夠在絕緣子閃絡之前先動作防電，提供了雷電的閃絡通道，使電弧不會流串到絕緣子本體或導線上，從而避免了絕緣子傘裙的燒傷，甚至燒斷導線的現象發生。

4.4 減小桿塔的接地電阻

桿塔的接地電阻大小對供電線路的抗雷水平有直接的影響，在雷電多發區域一般接地電阻不宜超過30Ω［3］，降低桿塔的接地電阻可以提高線路的抗雷水平。常用的減小桿塔接地電阻的方法有增加接地裝置的埋深距離，使用大截面的接地線，降低桿塔處的土壤電阻率等。如我礦的主井井塔的接地線就直接與建筑物的接地連在一起，并采用截面積較大的扁鐵一直延伸至山腳，這樣連續的接地裝置就形成了一條低電阻的通道，從而避免主井井塔受到雷擊，保護主要的建筑和設備。定期進行供電線路桿塔接地電阻的檢測，對線路桿塔的不合格接地網進行整改，包括對桿塔接地引下線接觸不良、生銹等接地隱患進行整改。降低線路桿塔地網接地電阻，它是防止反擊的有效措施，也是最經濟、最有效降低線路雷擊跳閘率的措施之一。

近幾年來國內一些單位在處理接地時使用了降阻劑，取得了較好的降阻效果。降阻劑使用后接地電阻隨時間的推移而下降，并且由于其pH 值一般均在7.6～8.5 之間，有的呈中性略偏堿，對接地體有鈍化保護作用，故基本無腐蝕現象。但是，使用較長時間表明接地降阻劑對接地體產生了嚴重的腐蝕。故在采用這一方法時應關注長期的效果，特別是對接地體的腐蝕問題。

4.5 安裝避雷器

目前廣泛使用的是氧化鋅避雷器，安裝氧化鋅避雷器也是最為有效的一種防雷措施。氧化鋅避雷器具有可重復使用、容量大、耐污性能好等優點，避雷器在工頻電壓時呈現高阻值，截斷工頻續流，從而保護絕緣子串免于閃絡，當線路受到雷擊產生過電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器首先動作來釋放雷電流，避免開關跳閘［7］。

為避免停電影響生產，解決傳統避雷器故障時引發停電事故以及需要停電檢修檢測的問題，提高供電可靠性，消除安全隱患，提高工作效率和經濟效益，近兩年礦區逐步采用跌落式氧化鋅避雷器來代替傳統的氧化鋅避雷器。跌落式避雷器是將帶脫離器的避雷器和跌落式熔斷器相結合，除具有傳統型避雷器的過壓保護外，在發生異常故障時，工頻短路電流使脫離器動作，其接地端自動脫開，可防止事故的進一步擴大，檢修維護更為方便。跌落式避雷器的優點在于在不影響供電的情況下，可借助絕緣拉閘操作桿對其進行檢測、維修和更換。

4.6 埋地電纜

將電纜埋于地下可以降低電纜遭受雷擊的概率，但是由于是埋于地下會使得電纜的散熱不良，從而導致同樣型號的電纜埋于地下的電流輸送容量要遠低于架空電流，這樣埋地電纜的成本較高，經濟性能較差，因此埋地電纜一般多用于距離較近的低壓配電系統中。

5 結語

由于雷電是一種自然現象，無法阻止其發生，影響架空輸電線路雷擊跳閘率的因素很多，解決線路的雷害問題，要從實際出發，因地制宜，綜合治理。需采取有效的防雷措施來降低其對供電線路的侵襲，這就要求供電線路在設計之初就要考慮到防雷的要求，要核算線路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作量、難度、經濟效益及效果等。具體的防雷措施要結合實地的情況以及氣候的特點進行設計，并針對重要的設備或建筑進行重點的防護。在防雷裝置安裝完成后的應用中加強檢查和維護，對不符合要求的進行處理或更換，使得防雷裝置起到提高線路供電的穩定性，也使礦山的安全生產得到保障。