《硅谷》杂志：架空输电线路防雷措施分析 |
| 2013-01-09 18:11 作者：李仲元 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，随着电力事业的快速发展，对电网及电力系统的保护作用显得越来越重要。作为电力系统的关键部分，架空输电线路要能够经受在长时间户外的暴露的情况下抵抗住外界环境的侵蚀，尤其是对于外界不良因素的损害的抵抗，这些自然灾害中损害最为严重的就是雷击。架空输电电路的防雷工作是保证电力系统稳定运行的重要措施。本文介绍了架空输电线路雷害的过程探讨了架空输电线路防雷的具体措施。
关键词：架空输电线路；雷击；措施；分析
架空输电线作为电力系统的重要组成部分，在整个电力系统中起到了至关重要的作用，但是由于自身暴露于自然之中，大多数处于高山、丘陵等野外地区，输电线路长，所以无法避免一些环境因素对架空输电线路产生的损害，加大可能遭遇雷击。为了保证电力系统的稳定、安全运行，就要对架空输电线路的防雷措施进行探讨，这样才能满足用户的供电需求。
1架空输电线路雷击事故的形成
在整个电力系统及电网中，架空输电线路遭遇雷击的几率是最大的，一般而言，电力架设遇到雷击事故的情况比较多见，通常会遇到四个阶段，首先是雷电过电压的作用在输电线路上，然后是输电线路发生闪络。紧接着转变为工频电压，而且较为稳定，最后就是线路跳闸停止供电。由于雷击线路后，雷电波会进入到变电站中，直接会影响变电站的整体供电状况，所以要限制输电线路雷击过电压，确保电力系统的安全、稳定的运行。所以要在架空输电线路上建立“四道防线”，分别为：首防输电线路不受直击雷、然后是输电线路的闪络不要发生，第三是电线路不要产生稳定工频，最后是线路不要跳闸。
2架空输电线路的防雷保护措施
2.1常用的防雷措施
1）架设避雷线
避雷线是最有效也是最直接的防止雷击的方法，能够对雷电流进行分流，从而降低了塔顶的电位，同时对导线具有屏蔽的作用，降低了在输电线路上的感应电压，减小了雷击的可能性。一般规定在220KV按以上的等级电压全部都要安装避雷线，在一些特殊的地区110KV线路也要安装避雷线。在架设避雷线的过程中为了提升对导线的屏蔽作用，要确保避雷器对导线的保护角不能大于20度。在500KV以上电压等级的输电线路架设避雷线的时候，保护角要在15度以下。
目前国内有很多的防雷专家都对于线路防雷做过研究，对于避雷针能够在多大的距离中对于线路的雷击进行防范，结论并不一致，但是比较可信的就是是英国出台过类似法规中，有科学报告称，避雷针不能对于线路所在的区域内进行完整的保护，也就是说范围可定，但是不确定整个范围内都能够避免雷击，而德国防雷法规则中对于避雷针保护的线路范围的规定是通过实例来分析的，对于历年来的德国线路在雷击中造成的事故，各种雷电的不同，各种避雷针的不同所导致的保护范围的问题展开实例的探讨，虽然范围还是不恒定，但是至少对于雷击的种类等在规则中都有意识地进行了分析；美国科学家则从实验中，得到线路遭到雷击后，因为装带的避雷针有引雷作用，所以雷击的次数就提高了，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。
2）架设耦合地线
耦合地线可以起到分流和耦合的作用，在很大程度上提升了输电线路的抗雷击的水平。架设耦合地线要在导线的下方，着就相当于降低了杆塔的高度，从而减少了绕击率。在避雷线与耦合地线双重作用下，就避免了在危险的环境下导线受到侧击的事故。但是要注意在耦合地线的使用过程中由于将雷击分流所以引起大气电场的变化，在终端的杆塔遭遇雷击的可能性就会提升，所以在架设耦合地线的过程中要尽量降低终端杆塔的接地电阻，同时还要增加一片绝缘子。这种方法一般适用于丘陵、山区等地方，防止导线交叉跨越对供电系统产生的影响。强大的雷电流沿着避雷针然后流入地中，这个过程中周围产生强大的电磁场，对于微波通信等产生很大的误差，而且强大的电磁场会导致金属开口的接触不良处放电而导致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。所以在此过程中更加要小心的处理好雷击的事故。
3）安装线路避雷器
输电线路的避雷器有两种，包括串联间隙型和无间隙型，在很多国家已经得到了广泛的使用，并且安装在输电线路中起到了很好的避雷效果。通过引进国外先进的技术，我国也相继研制出了100KV、550KV、500KV的复合外套金属氧化物避雷器。通过在实际中的应用，取得了良好的效果。串联间隙型避雷器包括固定间隙和纯空气间隙两种，输电线路在遭遇雷击后，避雷器本体会发生动作，就会降低在线路上雷击的损害程度。由于在实际当中该线路避雷器的使用成本比较高，所以主要安装在雷电活动较强的地段和接地电阻有困难的易击地方。
2.2输电线路防雷保护新技术
1）新型的输电线路结构
在国内常使用的避雷线和耦合地线等几种方法的经验基础之上，我国正在大力开展新型输电线路杆塔结构的研究。主要的创新点在于加装两根避雷线，主要的作用就是将5平行系统改为7平行系统。这种新型的系统在实际的使用当中能够增加对雷电流分流的作用，降低了雷击对输电线路的损害程度，提高了输电线路的防雷性能。杆塔通过改造在高度上增加了10%—20%左右，所以在投资上如果是单回线路还是可行的。
2）保护间隙
在国外绝缘子串的保护间隙已经有很成熟的技术，比如在德国保护间隙称为引弧保护装置，被广泛的应用中在输电线路的防雷保护当中，但是在我国的应用却非常的少，只是使用在220KV及以下的特殊地区的输电线路上使用，比如在南京大胜关跨越先期运行的220KV电路。在日本将这种保护称为招弧角，可以分为棒形、球形以及网球拍形等几种。下图是一种新型的招弧角，在实际的防雷应用中这种形状突出的特点为：能够快速准确的捕捉闪络电弧根部，这样就能够起到保护导线不被雷击，同时还能够改善绝缘子串的电压分布，起到良好的分流作用。
图一新型状招弧角的安装构图
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，雷电流经杆塔人地，避免了两相闪络。目前有很多的输电线路管理局在雷害严重的一些35kV线路上应用了这一方法，收到了事故率明显下降的效果。据计算，采用差绝缘后，线路的耐雷水平可提高24%。
3）负角保护针
负角保护针包括针尖、主管以及底部三个部分，而且在安装上三个部位是用铆钉连为一体的，整个形状呈圆棒形。对于负角保护针的安装有一定的要求，必须要安装在导线上方横担头部，这样才能够起到负角保护的作用。在实际的安装中有些工作人员就将负角保护针安装在地线支架的挂线点上方，这种方法不仅不能发挥负角保护针的作用，同时还造成了资源的浪费。负角保护针的安装图如下所示：
图二负角保护针的安装
3架空输电线路防雷工作中存在的问题
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。
主要存在的问题：①防雷工作的滞后性。在目前的防雷工作中都是通过每年的雷击数据统计的基础上，属于事后数据，这就造成了防雷工作的滞后性，缺乏预见性。②防雷工作的长期性。在输电线路的防雷工作中需要很长时间的操作，所以要对每年的防雷改造的工作进行数据的统计、分析，为以后开展防雷工作做铺垫。③防雷设备的维护。保证防雷设备的正常运行时提高防雷水平的重要因素。由于防雷设备的运行环境都比较危险、恶劣，虽然可以了解设备带来的数据情况，但是不能掌握避雷设备的使用性能，所以要开展防雷设备的预测工作。
总而言之，为了保证电力系统和电网的正常运行，在架空输电线路上的必要要安装相应的防雷设备，做好防雷的准备。在输电线路上防雷工作属于非常复杂的系统工程，具有很大的开发和提升的空间，所以要不断提出新的防雷方法，确保输电线路安全、稳定的运行。 |
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