孙洪君:浅析输电线路防雷保护与运行对策 |
| 2012-10-19 10:10 作者：孙洪君 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网10月19日讯】据《科技与生活》杂志2012年第16期刊文称，电闪雷鸣是一种自然气候现象。我国的雷电分布大体特点是：夏季比春秋季多，陆地比海洋多，山区比平原多，南方比北方多。本文首先阐述了输电线路雷击放电的原理，介绍了雷电放电的发展过程，雷电压和雷电流形成过程，瓷瓶击穿放电的原理，并提出了输电线路防雷保护与运行对策。
关键词输电线路；防雷；雷击；避雷；电压
中图分类号TM863文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)082-
本文还论述了目前我国输配电线路防雷设计中常用的集中方法，并对几种方法进行了深入阐述、定量分析。文章还指出了输电线路特殊地段的防雷保护对策；并通过运用备用自投装置、重合闸装置等来提高线路跳闸情况下的供电可靠性
1输电线路雷击的缘由
1.1输电线路防雷保护的作用
输电线路是电力系统的大动脉，它将巨大的电能输送到四面八方，是连接各个变电站、各重要用户的纽带。输电线路的安全运行，直接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。因此，输电线路的安全运行在电网中占据举足轻重的地位，是实现“强电强网”的需要，也是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。
由于我国地处温带（部分地区属于亚热带气候），所以雷电活动比较强烈。漫长的输电线路穿过平原、山区、跨越江河湖泊，遇到的地理条件和气象条件各不相同，所以遭受电击的机会较多。据统计，我国电力系统各类事故、障碍统计中，输、配电线路的雷害事故占有很大的比例。由于输电线路对于保“网”的重要地位，如何减少输电线路的雷害事故成为电力系统安全稳定运行的一项重要课题。
输电线路雷害事故引起的条咋，不但影响电力系统的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且由于输电线路上的恶落雷，雷电波还会沿线路侵入变电所。而在电力系统中，线路的绝缘最强，变电所次之，发电机最弱，若发电厂、变电所的设备保护不完善，往往会引起其设备绝缘损坏，影响安全供电。由此可见，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。做好输电线路的防雷设计工作，不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性，而且可以使变电所，发电厂安全运行得到保障。
1.2输电线路防雷保护方法
目前，我国输电线路防雷保护主要有以下几个方面：合理选择线路路径；架设避雷线；降低杆塔接地电阻；在部分地段装设避雷器；提高线路整体绝缘水平。
这几种方法在目前的输电线路防雷保护中运用得非常多，在线路路径受地形和投资限制，选择范围不大的情况下，架设避雷线，降低杆塔接地电阻、装设避雷器、提高线路绝缘水平成为防雷设计的主要方法。避雷线、杆塔接地电阻、避雷器、线路绝缘的设计标准在各类规程和技术规范都有较为详细的阐述。
在选择设计输电线路的防雷设施时，应按照当地的累点活动情况、系统的中性点接地方式、输电线路的绝缘情况、有无自动重合闸或备用自投装置、负荷的重要程度等各项条件来综合考虑，并按照技术经济比较的结果来做出决定采用最佳保护方案。
在输电线路防雷保护中，必须紧密结合当前电力生产和建设中的课题，不断收集和积累各种数据和资料，经常总结防雷保护工作中的经验教训，提出新的更加有效地保护技术措施，制造相应的保护装置，以满足不断发展的电网要求。
输电线路防雷保护工作必须一切从实际出发，要充分听取各种意见，科研、设计、施工和运行部门应紧密结合，通力协作，根据当地雷电活动情况和电力网的具体特点等，进行充分的技术经济论证，保证防雷保护的设计方案技术先进、方案合理。
2输电线路雷击的过程
2.1雷电放电的发展过程
雷云对大地的放电通常包括若干次重复的放电过程，而每次放电又可分为先导放电、主放电和余辉放电三个主要阶段。雷云下部大部分带负电荷，故绝大多数的雷击是负极性的。雷云中的负电荷会在附近地面感应出大量正电荷，当云中某一电荷中心的电荷较多，雷云与大地之间局部的电场强度达到大气游离所需的电场强度时，就会使空气游离。当某一段空气游离后，这段空气就由原来的绝缘状态变为导电性的通道，称为先导放电。先导通道是分级向下发展的，每级先导发展的速度相当高，但每发展到一定的长度就有一个的间歇。所以它的平均发展速度较慢，出现的电流不大。先导放电的不连续性，称为分级先导。在先导通道发展的初始阶段，其发展方向受到一些偶然因素的影响并不固定。但当它发展到距地面一定高度时，先导通道会向地面上某个电场强度较强的方向发展，这说明先导通道的发展具有“定向性”，或者说雷击有“选择性”。当先导接近地面时，地面上一些高耸的突出物体周围电场强度达到空气游离所需的场强，会出现向上的迎面先导，当先导通道的头部与迎面先导上的异号感应电荷或与地面之间的距离很小时，剩余空气间隙中的电场强度达到极高的数值，造成空气间隙强烈地游离，最后形成高导电通道，将先导头部与大地短接，这就是主放电阶段的开始。主放电完成后，云中的剩余电荷沿着主放电通道继续流向大地，形成余辉放电，电流不大，持续时间较长。由于云中同时可能存在几个带电中心，所以雷电放电往往是重复的。如下图。
3输电线路设计与运行中的防雷对策
在确定输电线路的防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特征、土壤电阻率的高低等条件，并结合当地已有的线路的运行经验，进行全面的技术经济比较，从而确定出合理的保护措施。现有的输电线路防雷保护措施一般有以下各项
3.1合理选择输电线路路径
大量运行经验表明，线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段。我们称之为选择性雷击区，或称为易击区。线路若能避开易击区，或对易击区线段加强保护，则是防止雷害的根本措施。实践表明，下列地段易遭受雷击：
1）雷暴走廊，如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处。
2）四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处。
3）土壤电阻率有突变的地带，如地质断层地带，岩石与土壤、山坡与稻田的交界区，岩石山脚下有小河的山谷等地，雷易击与低土壤电阻率处。
4）地下有导电性矿的地面和地下水位较高处。
5）当土壤电阻率差别不大时，例如有良好的土层和植被的山丘，雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
3.2架设避雷线
3.2.1采用绝缘避雷线防雷
送电线路的避雷线除用作防雷外，还有多方面的综合作用，如实现载波通信；降低不对称短路时的工频过电压、减小潜供电流；作为屏蔽线以降低电力线对通信线的干扰等。按照用途之不同，避雷线悬挂方式有两种，一种是直接悬挂于杆塔上，另一种是经过绝缘子与杆塔相连，即使避雷线对地绝缘。
由于避雷线至各项导线的距离一般是不相等的，他们之间的互感就有些差别，因此，尽管在正常情况下三项导线的负荷电流时平衡的，但在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。如果避雷线逐杆接地，这个电动势就要产生电流，其结果就增加了线路电能损失。200km-200km的送电线路每年损失可达几十万度。因此，目前我国新设计的超高压线路，一般采用绝缘避雷线以减少能耗。避雷线虽然绝缘，但在雷击时，避雷线的绝缘在雷电先驱放电阶段即被击穿而使避雷线呈接地状态，因而不会影响其防雷效果。
3.2.2架设避雷线
架设避雷线时输电线路防雷防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：
分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低杆顶电位；
通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；
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，线路的电压越高，采用避雷线的效果越好，而且避雷线在线路造造价中所占的比重也越低。
为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线，应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用。
为了起到保护作用，避雷线应在每基杆塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上，正常的工作电流将在每个挡距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗，同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道，可将避雷线经过一个小间隙对地（杆塔）绝缘起来。雷击时，间隙被击穿，使避雷线接地。
随着线路电压等级的下降，线路的绝缘水平也随之逐级下降，避雷线的防护效果也就逐步降低，以致在很低电压时失去使用意义。因此，避雷线一般只用于输电线路中。
4结束语
在输电线路防雷保护中，必须紧密结合当前电力生产和建设中的课题，不断收集和积累各种数据和资料，经常总结防雷保护工作中的经验教训，提出新的更加有效的保护技术措施，以满足不断发展的电网需要。
参考文献
[1]ACNIN中国防雷.日本低压配电线路的雷害和防雷措施[J].2006,1.
[2]比特网.浅谈数据中心的防雷措施008[J].2.6.19.
[3]杜澍春.高压输电线路防雷保护的若干问题[J].电力设备,2001,1:40-44.
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