刍议架空输电线路防雷保护措施

苟文勇

（云南电网公司昭通供电局，云南 昭通 657000）

架空输电线路雷击事故的形成要经过以下四个阶段:1)输电线路受到雷电过电压的作用;2)输电线路发生闪络;3)输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;4)线路跳闸,供电中断。

针对雷击事故的四个阶段,输电线路在采取防雷保护措施时要做到以下四点:1)防止雷电直击,防止输电线路不受直击雷。2)防止雷电闪络,防止输电线路受雷后绝缘不发生闪络。3)防止雷电建弧,防止输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。4)防止停电,保证输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。

对生产运行部门常用的架空输电线路防雷措施如下。

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:1)分流作用,以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。因此,110kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。

同时,为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,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20°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°左右。

2 安装避雷针

安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用却存在以下问题:1)由于避雷针而导致雷击概率增大。2)保护范围小。由于避雷针的引雷作用,所以雷击次数就会提高,当雷电被吸引到针上,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。3)反击的危害。当雷电被吸引到针上,将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置,此时针和引线的电压很高,若针对被保护物之间的距离小于安全距离时,会由针及引下线向被保护物发生反击,损坏被保护物。我国国标规定针距被保护物的空气中距离不小于5m,针距被保护物的接地装置间的地中距离Sd≥3m,针对这一要求,微波塔和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范要求的。4)电磁感应问题。在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中,会在周围产生强大的电磁场,它会使微波通信、计算机等设备产生误动。强大的电磁场,可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电,从而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。受雷击的针及引线,在高频雷电流作用下,将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩散时,在入地点沿半径各点形成不同的电位,若跨入该区域会产生很高的跨步电压。

3 加强线路绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如:跨河杆塔),这就增加了杆塔落雷的机会。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。为降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越挡导线与地线之间的距离,以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。

4 采用差绝缘方式

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,雷电流经杆塔入地,避免了两相闪络。据计算,采用差绝缘后,线路的耐雷水平可提高24%。

5 采用不平衡绝缘方式

在现代高压及超高压线路上,同杆架设的双回路线路日益增多,对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时,可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率,以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异,这样,雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络,闪络后的导线相当于地线,增加了对另一回路导线的耦合作用,提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络,保障了另一回路的连续供电。

6 耦合地埋线

耦合地埋线可起两个作用:1)降低接地电阻,连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1根～2根接地线,并可与下一基塔的杆塔接地装置相连,它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。2)起一部分架空地线的作用,既有避雷线的分流作用,又有避雷线的耦合作用。

7 预放电棒与负角保护针

预放电棒的作用机理是减小导、地线间距,增大耦合系数,降低杆塔分流系数,加大导线、绝缘子串对地电容,改善电压分布;负角保护针可看成装在线路边导线外侧的避雷针,其目的是改善屏蔽,减小临界击距。预放电棒与负角保护针常一起装设,这一方法曾在广东、贵州等地采用,有一定的效果。制作、安装和运行维护方便,以及经济花费不多是其特点。消雷器是一种新型的直击雷防护装置,在国内已有十余年的应用历史,目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套,运行情况良好。

8 使用接地降阻剂

近几年来国内一些单位在处理接地时使用了降阻剂,取得了较好的降阻效果,据有关资料介绍,降阻剂使用后接地电阻随时间的推移而下降,并且由于其pH值一般均在7.6～8.5之间,有的呈中性略偏碱,对接地体有钝化保护作用,故基本无腐蚀现象。但是,使用较长时间表明接地降阻剂对接地体产生了严重的腐蚀。

9 采用中性点非有效接地方式

在我国35kV及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样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。因此,对35kV线路的钢筋混凝土杆和铁塔,必须做好接地措施。

综上所述，架空输电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。由于架空输电线路绝大部分采取裸导线的方式,故极易受到外界的影响和损害,其中最主要的是雷击。在雷雨季节,雷击停电事故会给生产生活带来巨大损失,因此,电网防雷是一项非常重要的工作。

[1]陆尉初.如何做好配电系统的防雷与接地[J].山西建筑,2008,34(13)