基于電力系統防雷措施的研究

劉雙飛

摘 要 隨著科學技術不斷進步，電力系統設施設備也逐漸向自動化趨勢發展。然而，由于自動化裝置在運行過程中對外界干擾因素較為敏感，所以容易產生各種質量問題和安全隱患。其中雷擊對自動化裝置造成的危害較為顯著，直接影響電力系統運行安全性和穩定性。基于此，本文將結合雷擊對電力系統造成的危害進行分析，提出幾點切實可行的防雷措施，希望為專業人士提供參考、借鑒。

關鍵詞 電力系統 輸電線路 雷擊 防雷措施

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）03-0001-02

雷電是天氣變化的一種自然狀況，是非常常見的自然現象，一年四季隨處都可以見到雷雨天氣。然而，雷電產生具有較大的破壞力，雷電巨大的能量能夠對城市的建筑、個體、電力系統等帶來嚴重的破壞，甚至威脅到人類的生命財產安全。

對于電力系統而言，雷電會破壞電力系統當中各種各樣的設備，造成設備破壞，數據丟失，甚至還會帶來一系列的連鎖反應導致大面積的停電，尤其雷電環境下，雷電流會產生瞬變電磁場，并對微電子器件造成損害，輕則影響設備運行安全性和穩定性，導致電力系統供電異常;重則引發安全事故，對人們生命財產安全造成威脅，從而對整個經濟秩序帶來難以預計的損失。[1]

電力系統中的自動化裝置種類多樣，其中一部分微電子器件工作電壓僅為幾伏，電流也小至微安級，所以在運行過程中對外界干擾極其敏感。我國當前天氣變化對電力系統的安全帶來較大的威脅，因此必須重點研究電力系統的防雷技術，才能夠維護國家長治久安。由此可見，做好電力系統防雷工作，不僅是提高電力系統供電質量的重要措施，也是電力企業改革的必然需求。[2]

1 雷擊對電力系統的危害

1.1 直擊雷對電力系統的危害

直擊雷是雷云對電力系統中的某一線路進行放電，并將電力系統中電力設備的絕緣層擊穿，而后雷電波會沿著導線進入設備內部，導致設備損壞，最終影響電力系統正常供電。[3]

1.2 感應雷對電力系統的危害

常見的感應雷有兩種，分別為靜電感應雷和電磁感應雷，對電力系統造成的危害如下：

第一，靜電感應雷危害。主要指雷云在電力系統上空出現，由于雷云本身帶有靜電電荷，所以會與電力系統中的輸電線路產生感應，從而產生相反電荷，此時，在正電荷與負電荷互相牽引作用下，傳輸線路中會聚集大量電荷，并沿著設備絕緣層向地釋放，導致電力設備絕緣層被擊穿。當雷云向其他目標放電時，電力系統中的導線靜電荷也會在雷云放電消失的同時失去牽引。由于正波交流電和電荷相同，所以傳入電力系統后也會被大量消耗，并沿著傳輸線路游走，以雷電波形式向附近電力設備放電，使得電力設備損壞。結合工作經驗進行分析，現階段電力系統中大多數雷擊事故，都是由靜電感應雷引發。[4]

第二，電磁感應雷危害。主要指雷云靠近電力系統后向大地放電，或者電力系統中的傳輸線路在靜電感應作用下產生雷電流，并通過避雷器進入電力系統周圍大地中。通常情況下，這種雷擊流都具有頻率高特點，在放電的同時會形成較大范圍磁場，如果電力設備處于該磁場內部，則容易受雷擊影響發生故障。[5]

2 電力系統防雷措施

2.1 電力系統中超高壓交流輸電線路防雷

電壓等級在110-750kV的輸電網絡稱為超高壓交流輸電線路，通常情況下，這種輸電線路都建設在地理環境較為寬廣的地區，所以容易發生雷擊事故。為了保證超高壓交流輸電線穩定運行，需要做好防雷工作，在實施過程中應結合《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》相關規范進行分析。由于雷擊事故發生情況多種多樣，所以僅套用相關規范遠遠不夠，還要結合實際情況采取有效防雷措施。

第一，通過架設地線達到防雷目標。這種方法是規避電力系統送電線路遭到雷擊危害的有效措施，也是保證電力系統穩定運行的第一道防線。具體來說，通過設置地線，能夠使塔頂在遭受雷擊的同時，將雷電流進行分流，并沿塔桿將其泄入大地，如此不僅能夠降低塔頂點位，還能夠對輸電線路產生耦合作用，有利于降低桿塔絕緣電壓。另外，將非直擊桿塔的地線架空，能夠起到屏蔽作用，可以有效減少輸電線路的感應過電壓。由此可見，通過架設地線能夠有效避免超高壓交流輸電線路雷擊事故，從而促進電力系統穩定運行。

第二，安裝線路避雷器。為了避免電力系統超高壓交流輸電線路遭遇雷擊，需要合理安裝避雷裝置，可以采用并聯方式對輸電線路絕緣子與避雷裝置進行安裝。這種安裝方式能夠保證避雷裝置中的殘壓始終低于絕緣子串放電電壓。在雷電環境下，即便增加雷擊流，也僅會稍微增加避雷裝置的殘壓，并不會對絕緣子造成不利影響，可以從根本上規避絕緣子閃絡問題。另外，安裝避雷裝置后，如果電力系統中的輸電線路遭受雷擊，避雷裝置會將雷電流分化，使其流經避雷線和導線并產生耦合作用，有效提高電線電位，此時，由于導線與桿塔之間的電位差較小，并且低于絕緣子串電壓，所以可以有效避免絕緣子串發生閃絡問題。但是，避雷器裝置的容量有限，一旦雷電流增加到一定程度，會燒毀避雷裝置，不僅無法發揮避雷裝置分流作用，甚至會引發火災、爆炸等一系列安全事故。結合以往工作經驗總結來看，避雷器燒毀事件發生率較小，當前，電氣幾何模型顯示，在雷電流過大的情況下，地面和避雷線的屏蔽作用也會隨之增強，有利于為導線提供安全保障。簡單來說，在雷電環境下，如果產生較大雷電流，在避雷裝置分流作用下，雷電流并不會直接進入導線，而是進入避雷線或地面。所以，只要保證避雷裝置具備較強的分流作用，就能夠有效避免火災、爆炸等安全事故發生。新時期背景下，科學技術不斷進步，多種功能的避雷裝置應運而生，由于部分避雷裝置造價較高，所以需要電力企業做好經濟與技術方面的比較分析，合理選擇避雷器。[6]

在安裝避雷器過程中，需要提前做好電氣試驗工作，并確定安裝位置。具體需要根據電氣系統運行經驗、運行環境、交通條件等要素綜合分析。通常需要優先安裝在地勢空曠、容易遭受雷擊的鐵塔上，或者跨越較大的高鐵塔、多雷區雙回路線路。

2.2 直流變電站防雷

上文提到，直擊雷是危害電力系統的重要因素，針對直擊雷，需要通過以下方式防雷：

第一，安裝避雷針。為了避免變電站在雷擊作用下影響供電效果或引發安全事故，需要安裝避雷針裝置。常見的避雷針有兩種，一種為獨立式避雷針，另一種為構架式避雷針。在安裝獨立避雷針時，為了避免反擊現象，需要保證其與被保護物體之間保持一定距離。由于變電站電壓不盡相同，所以避雷針安裝也存在差異。具體來說，針對35kV以下配電裝置，一般不適合安裝構架避雷針。針對60kV配電裝置，如果ρ<500Ω·m，可以安裝構架避雷針，如果ρ>500Ω·m，可以安裝獨立避雷針。對于110kV配電裝置，如果土壤電阻率ρ≤1000Ω·m，可以安裝架構避雷針。

第二，安裝避雷線。除了安裝避雷針方式外，可以沿建筑物周圍安裝避雷線，其安裝與避雷針相似，需要保證避雷線與建筑物之間的距離，保障有足夠的空氣和間隙，從而避免反擊現象。

第三，鋪設接地網。接地網就是多個接地體連接而成的網絡，具有接地電阻小的特點，適合應用到電氣系統大型設備中，常見于大型車間、大型變電所中，其能夠使雷擊電壓形成均勻，從而達到保護設備的作用。

而且，在雷電侵入波防護過程中，由于雷電流本身具有峰值變化大的特點，所以會在周圍形成電磁場。在該范圍內的電力設備和電路均會在電磁敷設下產生故障，甚至會產生過電壓并引發火災。針對這一問題，變電站通常會選擇安裝避雷器的方式減少雷擊危害。閥式變電器是一種較為常見的變電器，一般安裝在母線上，會對多臺電力設備提供保護。另外，避雷器和變壓器逐漸要保持一定距離，用于電氣引線。在雷電波影響下，避雷器會作出相應動作，如果變壓器電壓高于避雷器殘壓，則會發生過故障。所以在電氣引線時需要盡量縮短距離，保證避雷器動作能夠保護變壓器。

3 結語

綜上所述，新時期背景下，人們生活、社會生產對電能需求量不斷增加，促進電力系統建設規模逐漸擴大，與此同時，電力系統雷擊事故也隨之增加。尤其對于一些雷電活動頻繁、地形復雜的地區，雷擊事故更是屢見不鮮，不僅影響供電質量，還會對國家造成巨大經濟損失。針對這一問題，本文通過闡述雷擊對電力系統危害，提出針對性防雷措施，通過安裝避雷器、避雷針、架設地線等方式，規避雷擊事故，提高電力系統運行安全性。

參考文獻：

[1] 丁佳.關于當前電力線路防雷措施的不足原因研究[J].中國新技術新產品，2011（21）：252.

[2] 徐薇，陳華.高壓輸電線路綜合防雷措施的研究與應用[J].西藏科技，2019（04）：67-68.

[3] 舒生前.220kV輸電線路綜合防雷技術與接地電阻設計探析[J].通訊世界，2019，26（08）：306-307.

[4] 湯光玉，田慧，吳瑕，等.復雜地形多雷地區輸電線路防雷技術分析[J].通訊世界，2020，27（06）：158-159.

[5] 趙威.電力系統防雷工程設計體系的健全[J].中國新技術新產品，2013（24）：191.

[6] 劉霞.淺談雷電對電力線路的危害及高壓架空線路的防雷保護措施[J].軍民兩用技術與產品，2015（18）：209-210.