基于輸電線路防雷設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

1、基于輸電線路防雷設(shè)計(jì)應(yīng)用研究摘 要：文章首先介紹雷電的危害，分析輸電線路引 發(fā)雷電的原因，詳細(xì)分析電路設(shè)計(jì)線路防雷技術(shù)的應(yīng)用，通 過改進(jìn)接地裝置或使用避雷裝置、合理選擇輸電線路等方面 來確保輸電線路在防雷上取得好的效果。關(guān)鍵詞：輸電線路；防雷設(shè)計(jì)；避雷裝置；電阻率；自 動重合閘引言近年來，由于自然或者人為的原因給我國的輸電線路帶 來不同程度的損害。其中，雷擊問題是輸電線路面臨的重點(diǎn) 問題，因而設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，要針對引發(fā)雷擊的因素 在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)一定的預(yù)防措施，從而最大限度地保證輸 電線路的安全。1 雷電的危害 雷電的發(fā)生一般主要集中在春季和夏季，但隨著不同地 理環(huán)境的影響，也不盡相同，

2、雷電對電力系統(tǒng)的危害主要表 現(xiàn)在兩個方面： （1）雷電的產(chǎn)生會附帶較大的電流，這些強(qiáng) 電流會加載到電線或輸電設(shè)備上，造成炸毀、燃燒、融化等 危害，且強(qiáng)電流具有很大的電動力，對電力設(shè)備產(chǎn)生不同程 度的損傷，該類程度的傷害無法通過電力自動系統(tǒng)的修復(fù)能力進(jìn)行恢復(fù)，要通過更換裝置，甚至線路來完成，給電力的 維修上帶來了不便，對電網(wǎng)造成了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和安 全隱患，也給居民的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)帶來了不便；（ 2）雷電在通過輸電線時會加大電線的負(fù)荷，產(chǎn)生過高的過電壓， 超過了電力設(shè)備的承受能力和絕緣水平，造成繼電器保護(hù)跳 閘，運(yùn)行電路被切斷，給人身安全和基礎(chǔ)電力設(shè)備產(chǎn)生了威 脅，給經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失

3、。 運(yùn)行中的電線較易受到雷擊， 能有效地防雷，從而大大減少雷擊事故的發(fā)生，對減少經(jīng)濟(jì) 損失和提高電網(wǎng)正常有序運(yùn)行有著重要的意義。2 輸電線路引發(fā)雷電的原因2.1 地理環(huán)境 在電路的鋪設(shè)過程中會在不同程度上受到地形地貌的 影響。對于山谷帶來來說，谷內(nèi)的氣流運(yùn)動復(fù)雜，并且谷內(nèi) 缺少線路的保護(hù)屏障因而輸電線路暴露的弧長較大，一旦谷 內(nèi)氣壓發(fā)生變化就可能會使輸電線路造成雷擊；對于山坡來 說，由于上坡和下坡的不同，在下坡地段通常會增大保護(hù)角 度，并且增加繞擊頻率，而這種增加會給山坡帶來一定的壓 力，加深雷害程度；對于沿海地區(qū)來講，由于沿海地區(qū)的空 氣中含有的鹽分高于內(nèi)陸地區(qū)，而空氣中的鹽分過高時會使 提

4、高輸電線路遭到雷擊的概率。2.2 線路桿塔高度雷擊主要是使大地感應(yīng)電荷和雷云中的電荷，雷云中的 過電壓是通過線路桿塔建立放電通道，導(dǎo)致線路擊穿，因此 要注重以下問題： （ 1）塔身的電流和電感程度加大，反擊的 電壓和電路就減少； （ 2）導(dǎo)線閃爍程度的大小是由線路間距 的不均衡造成； （3）相鄰桿塔的分流會導(dǎo)致分流作用的大幅 度降低。2.3 土壤電阻率一般的桿塔和接地的電阻兩者有著密切的關(guān)系，對于高 山、巖石等地形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)把工作重點(diǎn)放到 巖石和土壤的分層上。如果遇到雷擊塔頂現(xiàn)象，因?yàn)榻拥仉?阻很小，就有可能造成反射現(xiàn)象，與山區(qū)線路對比，平原和 丘陵地區(qū)的線路可通過降低接地電阻來

5、減少雷擊的可能性。2.4 設(shè)計(jì)時采用的參數(shù)不準(zhǔn)確在輸電線路的設(shè)計(jì)過程中需要用到多種不同的參數(shù)，采 用的設(shè)計(jì)參數(shù)的不準(zhǔn)確會給線路的鋪設(shè)以及線路的防雷帶 來不良影響。采用參數(shù)的不準(zhǔn)確帶來的問題主要包括線路桿 塔高度設(shè)計(jì)的不合理、輸電線路的分流作用降低以及線路的 不均勻分布。3 電路設(shè)計(jì)線路防雷技術(shù)的應(yīng)用3.1 選擇合理的輸電線路雷擊現(xiàn)象的發(fā)生一部分是受環(huán)境條件、地理?xiàng)l件、氣候 狀況等的影響，某些地區(qū)在輸電線路的設(shè)計(jì)上應(yīng)該避開雷擊 多發(fā)區(qū)，如高山、縱深山谷地帶、傾斜山坡等，來降低輸電 線路受到雷擊的概率。根據(jù)發(fā)生雷擊地區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在輸電 路線設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)盡量避免的區(qū)域有富含導(dǎo)電性礦藏和地下 水水位較高

6、的區(qū)域、土質(zhì)電阻率較低或電阻率發(fā)生突變的地 方、河谷地帶特別是順風(fēng)區(qū)域和風(fēng)口山區(qū)、較為濕潤的盆地 和山谷、森林等區(qū)域，在架設(shè)電路時應(yīng)當(dāng)盡量避免繞過該區(qū) 域，以減少雷擊的發(fā)生。3.2 避雷裝置的安裝3.2.1 搭設(shè)避雷線。避雷線具有效率高、分流效果好、耦合和屏蔽作用明顯 等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中，取得了不錯的避雷效 果。避雷線能減少桿塔的雷擊電流，使得塔頂?shù)碾娢唤档停?并能耦合導(dǎo)線降低輸電線路中絕緣子的電壓，減輕雷擊的破 壞。實(shí)際建設(shè)中， 一般 20kV 的輸電線路不需要裝設(shè)避雷線， 200kV 以上的需要全程搭設(shè)避雷線，在 500kV 以上的高壓線 則需要兩條避雷線才能確保其屏蔽功能。

7、3.2.2 安裝負(fù)角保護(hù)針。 負(fù)角保護(hù)針是架裝在桿塔的頂部的導(dǎo)線上方的一種側(cè) 向避雷針，主要是為了改善屏蔽和減少臨界擊距。負(fù)角保護(hù) 針的屏蔽作用在導(dǎo)線的上方，所以雷電只能對地面放電，以 此來避免雷電繞擊區(qū)的形成。負(fù)角保護(hù)針多用于山坡和山頂 的桿塔上，其多采用長度為 2.5m 或 2.8m 的鋼針，針頭做成 尖錐狀。3.2.3 可控放電避雷針。 該裝置是通過動態(tài)環(huán)和儲能裝置來控制針頭電場，使它 能夠在雷擊發(fā)生前產(chǎn)生向上的先導(dǎo)，引發(fā)上行累閃，針尖出 的電場強(qiáng)度較高，能迅速產(chǎn)生脈沖放電。該裝置可有效降低 雷電繞擊的機(jī)率。該裝置由四個部分組成，即針頭、儲能裝 置、金屬支架接地裝置。可控放電裝置可在塔頂

8、地線支架上 方安裝，其安裝個數(shù)和位置可根據(jù)桿塔的形狀、地形進(jìn)行調(diào) 整，來確?？煽蒯樀谋Ｗo(hù)范圍滿足安裝要求。3.2.4 雷電接閃器。 雷電接閃器有避雷的作用，但其本體是一個感抗，其在 雷擊發(fā)生時能夠?qū)U塔過電壓進(jìn)行消減，其對雷電流波峰消 減幅度可達(dá)到 30%以上。該裝置能記錄桿塔落雷的數(shù)據(jù)，為 對雷電研究提供了數(shù)據(jù)支持。3.3 自動重合閘裝置的安裝 自動重合閘是當(dāng)線路當(dāng)線路出現(xiàn)故障，繼電保護(hù)使斷路 器跳閘后，自動重合閘裝置經(jīng)短時間間隔后使斷路器重新合 上。廣泛應(yīng)用于架空線輸電和架空線供電線路上，該類裝置 可分為四種狀態(tài)：單相重合閘、綜合重合閘、三相重合閘、 停用重合閘。該裝置可以提高供電的 可靠

9、性，減少 線路停電的次數(shù)，還能保持電力系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性，該裝 置本身投資很低，工作可靠，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng) 用。一般的，線路故障跳閘后重合閘越快，效果越好。資料 表明，輸電線路中重合閘成功率較高，使得它已經(jīng)成為一種 行之有效的防雷措施。3.4 改善接地電阻 當(dāng)合理匹配接地地阻和避雷線可有效地實(shí)現(xiàn)降低過電 壓的功能，常規(guī)設(shè)計(jì)采取的延長或增加接地射線的方式降低 桿塔接地電阻，對于土質(zhì)不良的地區(qū)效果有限。目前應(yīng)用在 實(shí)際中的降低輸電線電路接地電阻的方法有： （ 1）延長或增 加接地射線，針對接地材料腐蝕的老舊線路，往往采取增加 接地線的方式，是新建和改造線路中常用的降阻方法； （ 2） 垂

10、直接地體法，該方法是在接地裝置的射線上，每隔3m 增設(shè)長度 0.6m 左右的垂直接地體，一般用角鋼，并與接地線 進(jìn)行焊接；（3）集中接地法，是指在桿塔的基礎(chǔ)外挖一圈直 徑為1020m、深為60cm的溝，在溝內(nèi)每隔 23m打一根 垂直接地體，用圓鋼將所有垂直接地體相連再與桿塔的接地 引下線相連； （ 4）換土法，對低處土壤電阻率較高的桿塔或 石頭山，采用換土的方式來降低土壤的電阻，即在桿塔附近 周圍挖出原有土壤，并回填一層電阻率低的土壤，再進(jìn)行接 地設(shè)置。3.5 加強(qiáng)桿塔絕緣水平 加強(qiáng)桿塔的絕緣水平也可以提高線路耐雷水平。但是由 于這種方法會使線路的絕緣費(fèi)用增加，對地安全距離降低， 因而在平原地區(qū)不以應(yīng)用。但是，針對在雷電多發(fā)地以及高 海拔地區(qū)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)規(guī)范中的規(guī)定，在塔頭尺寸允許 的范圍內(nèi)增加絕緣子片的數(shù)量，從而提高桿塔的絕緣水平， 進(jìn)而使線路的耐雷水平得以提升。4 結(jié)語 隨著我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展以及電力資源對人們?nèi)?常生活重要性的不斷提高，電力工作人員肩負(fù)的責(zé)任也越來 越大。因而在輸電線路的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對防 雷措施的設(shè)計(jì)，通過精確的計(jì)算、全面的了解和科學(xué)合理的 設(shè)計(jì)，使輸電線路的耐雷水平得到提升，使輸電線路的安全 性得到更多的保證。參考文獻(xiàn)1 邱鳳蓉 .線路防雷技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用J.中國高新技