浅析输电线路设计与运行中的防雷措施

来源:用户上传      作者: 王 军

　　摘要:本文研究了我国输电线路防雷设计中常用的几种方法、对提高输电线路的防雷水平进行了探讨。
　　关键字:输电线路,防雷设计,措施
　　
　　1、引言
　　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。
　　2、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。我们称之为选择性雷击区,或称为易击区:雷暴走廊,如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处;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;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,雷易击于低土壤电阻率处;地下有导电性矿的地面和地下水位较高处;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。
　　在设计时,要避开以上路径。
　　3、输电线路设计与运行中防雷措施
　　3.1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:分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;通过对导线的藕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(一般不超过线路的总造价的10%)。因此规程规定,220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线,110kV线路一般也应全线架设避雷线。
　　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20°~30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到200左右,500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线,保护角在15°及以下。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档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绝缘起来。雷击时,间隙被击穿,使避雷线接地。
　　3.2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。
　　由于避雷线至各相导线的距离一般是不相等的,它们之间的互感就有些差别,因此,尽管在正常情况下三相导线上的负荷电流是平衡的,但在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。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。
　　3.3降低杆塔接地电阻
　　避雷线与塔脚电阻相配合,在雷击时能够起到大幅度降压的作用,故而对110KV以上的混凝土杆或铁塔线路,是一种最有效的防护措施。接地体的截面积及断面形状对接地电阻值影响不大,因此,接地体材料规格的选择主要考虑腐蚀及机械强度的需要。人工接地体,水平敷设的可采用圆钢、扁钢;垂直敷设的可采用角钢、钢管、圆钢等。接地装置的导体截面,必须符合热稳定与均压的要求。敷设在腐蚀性较强场所的接地装置,应根据腐蚀的性质采取热镀锡、热镀锌等防腐措施,或适当加大截面。钢筋混凝土杆铁横担和钢筋混凝土横担线路的避雷线支架、导线横担与绝缘子固定部分或瓷横担固定部分之间,宜有可靠的电气连接并与接地引下线相连。主杆非预应力钢筋如上下已用绑扎或焊接连成电气通路,非预应力钢筋可兼作接地引下线。在小接地短路电流系统中,如无可靠措施,预应力钢筋不宜兼作接地引下线。利用钢筋兼作接地引下线的钢筋与接地螺母、铁横担或瓷横担的固定部分应有可靠的电气连接。外敷的接地引下线可采用镀锌钢绞线,其截面不应小于25mm2。
　　目前降低杆塔接地电阻的方法有:
　　(1)利用接地电阻降阻剂
　　在接地极周围敷设了降阻剂后,可以起到增大接地极外形尺寸,降低与周围大地介质之间的接触电阻的作用,因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地网时,其降阻效果较为显著。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂,是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围,网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充,使它不致于随地下水和雨水而流失,因而能长期保持良好的导电作用。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。
　　(2)采用爆破接地技术
　　爆破接地技术是近年发展起来的降低接地装置接地电阻的新技术,通过爆破制裂,再用压力机将低电阻率材料压入爆破裂隙中,从而起到改善很大范围的土壤导电性能的目的,相当于大范围的土壤改性。
　　(3)采用多支外引式接地装置
　　如接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊,可采用此法。但在设计、安装时,必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响,因此,外引式接地极长度不宜超过l00m。
　　(4)采取伸长水平接地体
　　结合工程实际运用,经过分析,结果表明,当水平接地体长度增大时,电感的影响随之增大,从而使冲击系数增大,当接地体达到一定长度后,再增加其长度,冲击接地电阻也不再下降。
　　3.4安装线路避雷器
　　加装避雷器以后,当输电线路遭受雷击时,雷电流的分流将发生变化,一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔,一部分经塔体入地,当雷电流超过一定值后,避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线,传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时,由于导线间的电磁感应作用,将分别在导线和避雷线上产生祸合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流,这种分流的祸合作用将使导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络,因此,线路避雷器具有很好的钳电位作用,这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
　　3.5架设耦合地线
　　在降低杆塔接地电阻有困难时,可采用架设耦合地线的措施,即在导线下方(或附近)再架设一条地线。它的作用主要有以下方面:加强避雷线与导线间的祸合,从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量;增加了雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。
　　运行经验表明,祸合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的,尤其在山区的输电线路其效果更为明显。我国曾对110kV和220kV有避雷线线路采用过加装祸合地线的作法。
　　4、结束语
　　通过对输电线路防雷的研究,到只要重视输电线路的防雷,加大对输电线路防雷的投入,提高输电线路防雷的科技含量,加强对雷电的监测和预防,加强输电线路的运行维护工作,输电线路防雷是“可控”的,降低其雷击跳闸率是完全可行的。
　　参考文献:
　　1.甘德辉.架空输电线路的防雷.农村电气化,2007,(2):6
　　2.黄庆祥.中压架空绝缘线路雷击断线浅析.农村电气化,2005,(2):20
　　3.邱毓昌,施围,张文元.高电压工程.西安:西安交通大学出版社,2005,130-157

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