浅析架空线路防雷措施

来源:用户上传      作者: 高长璧

　　摘 要： 文章简单介绍了防雷原则和措施，对高压输电线路防雷工作提出了一些合理的防雷方式，以提高输电线路耐雷水平。
　　关键词： 架空线路 雷击跳闸 防雷措施
　　
　　随着国民经济的发展与电力需求的不断增长，电力生产的安全问题越来越突出。对于架空线路来讲，雷击跳闸一直是影响其供电可靠性的重要因素。雷害事故几乎占线路全部跳闸事故三分之一强。因此，在确定线路的防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、雷电活动的强弱、地形地貌的特点、土壤电阻率的高低等条件，根据技术―经济比较的结果因地制宜，采取合理的保护措施。
　　
　　一、防雷原则
　　
　　1.防止发生绕击。
　　2.防止发生反击。
　　3.防止雷击闪络后建立工频短路电弧。
　　4.保证线路不间断供电。
　　5.特殊杆塔的保护。
　　
　　二、防雷措施
　　
　　1.架设避雷线
　　架设避雷线是高压架空线最基本的防雷措施，其主要要是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：（1）分流作用，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。
　　2.降低杆塔接地电阻
　　为提高输电线路的防雷可靠性，每一根杆塔一般都应敷设接地装置，并与避雷线连接。对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率最经济的方法。在ρ≤300Ω・m的良好导电的土壤中，降低接地电阻并不困难，也不会使造价显著增加，所以应努力设法降低它。可对同一条线路采用分段改造，降低相邻杆塔的接地电阻，与相邻线路邻近杆塔接地连接，将杆塔延伸到周围土壤电阻率低的地区。
　　3.架设耦合地线
　　耦合地线不仅有耦合作用，而且有分流作用，能减少线路雷击跳闸次数。在高土壤电阻率地区的220kV及以上的输电线路上采用耦合地线，效果很好。耦合地线与导线间在档距中央应保持足够的垂直距离，以防大风、覆冰和脱冰时发生导线与耦合线碰线短路及雷击杆塔时发生反击导线的事故。运行经验说明，加耦合地线后，线路的跳闸率约降低50%。
　　4.消弧线圈接地
　　消弧线圈具有减少电力系统单相接地故障、保证系统不间断供电的作用。在110kV变电站的35kV系统采用中性点经消弧线圈接地的方式，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。
　　5.装设线路型避雷器
　　在线路上安装氧化锌避雷器，减少线路雷击事故。理论计算分析和实践证明，将线路避雷器应用到雷电活动强烈、土壤电阻率高、降低接地电阻有困难的线段，可提高线路的耐雷水平。但线路避雷器造价较高，限制了其使用范围。
　　6.装设可控放电避雷针
　　可控放电避雷针以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷，避免强烈的下行雷闪放电危害为设计基础。通过数千次高压放电试验，证实其引发的是上行雷，具有保护可靠性能高、范围大、不受保护物高度影响等特点，可以有效防止由于雷击塔顶造成的反击，对绕击也有很好的防护作用。其多用于山顶、开阔地区或多雷区。
　　
　　三、高压输电线路防雷技术
　　
　　1.产生绕击的原因
　　（1）保护角
　　地线与边导线的保护角α变大，垂直平分线斜率增加，绕击区加大，从而使绕击数增加。根据计算，当α＞20°时，绕击就会明显增加，因此，应减小保护角。
　　（2）杆塔高度
　　当塔高增高时，绕击次数也会增加。塔高较高时，地面屏蔽效应减弱，相当于抛物线的相对位置发生变化，绕击区变大，使雷击中导线。当杆塔相当高时，地面屏蔽作用变得很弱，几乎所有落入垂直平分线以下区域的雷都会击中导线，所以绕击次数将趋于饱和，不再随塔高而增加。因此，应降低杆塔高度。
　　（3）线路绝缘水平与波阻抗
　　在绕击事故中，小雷电流所占的比例较大。线路总的落雷数及击中线路的雷电流幅值的分布情况，用磁钢棒测得的雷电流值概率分布曲线与杆塔结构有关。
　　（4）地形对绕击率的影响
　　山区线路的绕击率(尤其是坡度较大的山区)远大于平原地区。地面的屏蔽作用发生改变，绕击区域会随之改变。当线路沿着斜山坡走向时，在山坡外侧，雷电抛物线的位置会随着斜坡向下移动，绕击区增大。对山坡内侧，由于雷电抛物线的位置向上移动，使绕击减少。在一定的条件下，斜山坡外侧的绕击数可用山坡的角度加保护角来计算，斜山坡内侧可由保护角减去山坡的角度来计算。
　　2.减少直击事故的措施
　　对于220kV／66kV输电线路来说，感应雷过电压一般可不予考虑，因为感应雷过电压幅值一般为300kV，最大值不超过500kV，而66kV线路的绝缘水平一般为500kV及以上，感应雷过电压的幅值一般低于220kV／66kV线路的绝缘水平，不会导致线路闪络跳闸。对于220Kv/66kV线路来说，危害线路的主要是直击雷。直击雷主要为绕击和反击两种形式。线路的绕击耐雷水平远低于其反击耐雷水平。输电线路的避雷线和杆塔，可以将幅值较高的强雷拦截，使线路承受反击的考验，避免绕击跳闸事故的发生。对于幅值较低的弱雷，避雷线与杆塔的吸引力不如强雷大，弱雷(指15―30kA)可能避开杆塔和避雷线的防护而绕击于导线上。当弱雷的幅值超过线路的绕击耐雷水平时，将发生雷击跳闸。如果有可能将引起绕击的雷(幅值在15―30kA)引到避雷线或杆塔上，则既能避免绕击，又不会造成反击。为防止接地体反击，应提高接地体反击耐雷水平，可采取降阻、均压、屏蔽、分流、增加绝缘等措施。
　　3.大跨距杆塔的防雷
　　大跨距杆塔防雷是输电线路的关键环节。雷击停电不易修复，而且高度高，着雷机会是以高度的平方增加，感应电压分量高，塔身电感大，这些对防雷都不利。因为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，所以应降低杆塔接地电阻，以补偿其在防雷方面的不足。当土壤电阻率大于2000Ω・m时，接地电阻不宜超过20Ω。对于大档距线路，除尽量降低接地电阻外，同时还要增加绝缘子，提高杆塔的绝缘水平，并可在此跨越的金属杆塔上装设线路避雷器。有避雷线的大跨越杆塔，避雷线的保护角应小于20°。

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