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摘要: 随着电网的不断扩大与雷电活动复杂的大自然现象，目前没有那种防雷措施能够起到绝对防雷作用，即使比较成熟的防雷措施,也只能是相对降低防雷概率，减少线路雷击跳闸次数。只有在平时实践中探索，不断积累经验，完善输电线路的防雷措施，利用现代科学技术不断发展，新技术、新材料不断被发现和应用,采取更有效的防雷措施，來达到架空输电线路的安全稳定运行。本文介绍了生产运行部门常用的架空输电线路防雷措施,指出解决线路的雷击问题,要从实际出发,因地制宜,综合治理。
关键词:架空输电线路；雷击事故；防雷措施
0、引言
架空输电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。由于架空输电线路绝大部分采取裸导线的方式,故极易受到外界的影响和损害,其中最主要的是雷击。在雷雨季节,雷击停电事故会给生产生活带来巨大损失,因此,电网防雷是一项非常重要的工作。
架空输电线路雷击事故的形成要经过以下四个阶段:1) 输电线路受到雷电过电压的作用;2) 输电线路发生闪络;3) 输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;4) 线路跳闸,供电中断。
针对雷击事故的四个阶段,输电线路在采取防雷保护措施时要做到以下四点: 1) 防止雷电直击,防止输电线路不受直击雷。2) 防止雷电闪络,防止输电线路受雷后绝缘不发生闪络。3) 防止雷电建弧,防止输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。4)防止停电,保证输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。
对生产运行部门常用的架空输电线路防雷措施如下：
1、架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用:
1) 分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;2) 通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压;3) 对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此,110 kV 及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。
同时,为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角应做得小一些,一般采用20°～30°。220 kV及330 kV 双避雷线线路应做到20°左右,500 kV 及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线,保护角在15°左右。
2、安装避雷针
安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用却存在以下问题:
1) 由于避雷针而导致雷击概率增大。
2) 保护范围小。由于避雷针的引雷作用,所以雷击次数就会提高,当雷电被吸引到针上,在强大的雷电流沿针而流入大地过程中,雷电流周围形成的磁场会产生截应过电压,它与雷电流的大小及变化速度成正比,与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用,不能达到有效屏蔽,使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。
3) 反击的危害。当雷电被吸引到针上,将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置,此时针和引线的电压很高,若针对被保护物之间的距离小于安全距离时,会由针及引下线向被保护物发生反击,损坏被保护物。我国国标规定针距被保护物的空气中距离不小于5 m ,针距被保护物的接地装置间的地中距离S d ≥3 m ,针对这一要求,微波塔和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范要求的。
4) 电磁感应问题。在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中,会在周围产生强大的电磁场,它会使微波通信、计算机等设备产生误动。强大的电磁场,可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电,从而引燃引爆易燃易爆物。更常见的则是引起微电子设备(通信设备,计算机设备等) 的失灵与损坏。受雷击的针及引线,在高频雷电流作用下,将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩散时,在入地点沿半径各点形成不同的电位,若跨入该区域会产生很高的跨步电压。
3、加强线路绝缘
由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如: 跨河杆塔) ,这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越挡导线与地线之间的距离,以加强线路绝缘。
4、采用差绝缘方式
此措施适宜于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统,并且导线为三角形排列的情况。所谓差绝缘,是指同一基杆塔上三相绝缘有差异,下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子,当雷击杆塔或上导线时,由于上导线绝缘相对较“弱”而先击穿,雷电流经杆塔入地,避免了两相闪络。据计算,采用差绝缘后,线路的耐雷水平可提高24 %。
5、采用不平衡绝缘方式
在现代高压及超高压线路上,同杆架设的双回路线路日益增多,对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时,可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率,以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异,这样,雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络,闪络后的导线相当于地线,增加了对另一回路导线的耦合作用,提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络,保障了另一回路的连续供电。
6、耦合地埋线
耦合地埋线可起两个作用:1) 降低接地电阻,连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1 根～2 根接地线,并可与下一基塔的杆塔接地装置相连,它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。2) 起一部分架空地线的作用,既有避雷线的分流作用,又有避雷线的耦合作用。
7、预放电棒与负角保护针
预放电棒的作用机理是减小导、地线间距,增大耦合系数,降低杆塔分流系数,加大导线、绝缘子串对地电容,改善电压分布;负角保护针可看成装在线路边导线外侧的避雷针,其目的是改善屏蔽,减小临界击距。预放电棒与负角保护针常一起装设,这一方法曾在某地方采用,有一定的效果。制作、安装和运行维护方便,以及经济花费不多是其特点。消雷器是一种新型的直击雷防护装置,在国内已有十余年的应用历史,目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套,运行情况良好。
8、使用接地降阻剂
近几年来国内一些单位在处理接地时使用了降阻剂,取得了较好的降阻效果,据有关资料介绍,降阻剂使用后接地电阻随时间的推移而下降,并且由于其pH 值一般均在7. 6～8. 5 之间,有的呈中性略偏碱,对接地体有钝化保护作用,故基本无腐蚀现象。但是,使用较长时间表明接地降阻剂对接地体产生了严重的腐蚀。
9、采用中性点非有效接地方式
采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式,这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除,不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时,由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线,增加了分流和对未闪络相的耦合作用,使未闪络相绝缘上的电压下降,从而提高了线路的耐雷水平。
10、装设自动重合闸装置
由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国1lOkV及以上的高压线路重合闸成功率达65％～90％，35kV及以下的线路成功率约为50％～80％。因此，各级电压等级的线路均应尽量安装自动重合闸装置。
11、综合运用防雷措施
线路防雷保护在设计施工阶段已有所考虑，但影响架空送电线路雷击跳闸率的因索很多，有一定的复杂性，解决线路的雷害问题，要从实际出发，因地制宜，综合治理。在采取防雷改进措施之前，要认真调查分析，充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况，核算线路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作置、难度、经济效益及效果等。
总之,影响架空输电线路雷击跳闸率的因素很多,有一定的复杂性,解决线路的雷击问题,要从实际出发,因地制宜,综合治理。在采取防雷改进措施之前,要认真调查分析,充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况,核算线路的耐雷水平,研究采用措施的可行性、工作量、难度、经济效益及效果等,最后来决定准备采用某一种或几种防雷改进措施。
关键词:架空输电线路；雷击事故；防雷措施
0、引言
架空输电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。由于架空输电线路绝大部分采取裸导线的方式,故极易受到外界的影响和损害,其中最主要的是雷击。在雷雨季节,雷击停电事故会给生产生活带来巨大损失,因此,电网防雷是一项非常重要的工作。
架空输电线路雷击事故的形成要经过以下四个阶段:1) 输电线路受到雷电过电压的作用;2) 输电线路发生闪络;3) 输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;4) 线路跳闸,供电中断。
针对雷击事故的四个阶段,输电线路在采取防雷保护措施时要做到以下四点: 1) 防止雷电直击,防止输电线路不受直击雷。2) 防止雷电闪络,防止输电线路受雷后绝缘不发生闪络。3) 防止雷电建弧,防止输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。4)防止停电,保证输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。
对生产运行部门常用的架空输电线路防雷措施如下：
1、架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用:
1) 分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;2) 通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压;3) 对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此,110 kV 及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。
同时,为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角应做得小一些,一般采用20°～30°。220 kV及330 kV 双避雷线线路应做到20°左右,500 kV 及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线,保护角在15°左右。
2、安装避雷针
安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用却存在以下问题:
1) 由于避雷针而导致雷击概率增大。
2) 保护范围小。由于避雷针的引雷作用,所以雷击次数就会提高,当雷电被吸引到针上,在强大的雷电流沿针而流入大地过程中,雷电流周围形成的磁场会产生截应过电压,它与雷电流的大小及变化速度成正比,与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用,不能达到有效屏蔽,使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。
3) 反击的危害。当雷电被吸引到针上,将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置,此时针和引线的电压很高,若针对被保护物之间的距离小于安全距离时,会由针及引下线向被保护物发生反击,损坏被保护物。我国国标规定针距被保护物的空气中距离不小于5 m ,针距被保护物的接地装置间的地中距离S d ≥3 m ,针对这一要求,微波塔和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范要求的。
4) 电磁感应问题。在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中,会在周围产生强大的电磁场,它会使微波通信、计算机等设备产生误动。强大的电磁场,可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电,从而引燃引爆易燃易爆物。更常见的则是引起微电子设备(通信设备,计算机设备等) 的失灵与损坏。受雷击的针及引线,在高频雷电流作用下,将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩散时,在入地点沿半径各点形成不同的电位,若跨入该区域会产生很高的跨步电压。
3、加强线路绝缘
由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如: 跨河杆塔) ,这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越挡导线与地线之间的距离,以加强线路绝缘。
4、采用差绝缘方式
此措施适宜于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统,并且导线为三角形排列的情况。所谓差绝缘,是指同一基杆塔上三相绝缘有差异,下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子,当雷击杆塔或上导线时,由于上导线绝缘相对较“弱”而先击穿,雷电流经杆塔入地,避免了两相闪络。据计算,采用差绝缘后,线路的耐雷水平可提高24 %。
5、采用不平衡绝缘方式
在现代高压及超高压线路上,同杆架设的双回路线路日益增多,对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时,可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率,以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异,这样,雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络,闪络后的导线相当于地线,增加了对另一回路导线的耦合作用,提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络,保障了另一回路的连续供电。
6、耦合地埋线
耦合地埋线可起两个作用:1) 降低接地电阻,连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1 根～2 根接地线,并可与下一基塔的杆塔接地装置相连,它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。2) 起一部分架空地线的作用,既有避雷线的分流作用,又有避雷线的耦合作用。
7、预放电棒与负角保护针
预放电棒的作用机理是减小导、地线间距,增大耦合系数,降低杆塔分流系数,加大导线、绝缘子串对地电容,改善电压分布;负角保护针可看成装在线路边导线外侧的避雷针,其目的是改善屏蔽,减小临界击距。预放电棒与负角保护针常一起装设,这一方法曾在某地方采用,有一定的效果。制作、安装和运行维护方便,以及经济花费不多是其特点。消雷器是一种新型的直击雷防护装置,在国内已有十余年的应用历史,目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套,运行情况良好。
8、使用接地降阻剂
近几年来国内一些单位在处理接地时使用了降阻剂,取得了较好的降阻效果,据有关资料介绍,降阻剂使用后接地电阻随时间的推移而下降,并且由于其pH 值一般均在7. 6～8. 5 之间,有的呈中性略偏碱,对接地体有钝化保护作用,故基本无腐蚀现象。但是,使用较长时间表明接地降阻剂对接地体产生了严重的腐蚀。
9、采用中性点非有效接地方式
采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式,这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除,不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时,由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线,增加了分流和对未闪络相的耦合作用,使未闪络相绝缘上的电压下降,从而提高了线路的耐雷水平。
10、装设自动重合闸装置
由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国1lOkV及以上的高压线路重合闸成功率达65％～90％，35kV及以下的线路成功率约为50％～80％。因此，各级电压等级的线路均应尽量安装自动重合闸装置。
11、综合运用防雷措施
线路防雷保护在设计施工阶段已有所考虑，但影响架空送电线路雷击跳闸率的因索很多，有一定的复杂性，解决线路的雷害问题，要从实际出发，因地制宜，综合治理。在采取防雷改进措施之前，要认真调查分析，充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况，核算线路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作置、难度、经济效益及效果等。
总之,影响架空输电线路雷击跳闸率的因素很多,有一定的复杂性,解决线路的雷击问题,要从实际出发,因地制宜,综合治理。在采取防雷改进措施之前,要认真调查分析,充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况,核算线路的耐雷水平,研究采用措施的可行性、工作量、难度、经济效益及效果等,最后来决定准备采用某一种或几种防雷改进措施。