高原地区防雷接地施工技术探讨

2019-01-16辛士郎

通信电源技术 2019年8期

辛士郎

（天津送变电工程有限公司，天津 300300）

0 引言

雷电是主要自然灾害之一，可给人类造成重大危害。西藏地区平均海拔4 000 m以上，地势相对高差低而海拔相当高，气压低，氧气含量少，气温低，而且冻土常年不化，环境条件比较恶劣，雷害发生频率高，电力工程建设难度较大。本文结合2018年昌都市江达县电力有限公司“三区两州”项目工程，对高原地区雷害特点进行了深入分析，重点研究了电力工程防雷接地施工技术问题，以供参考。

1 高原地区雷害特点分析

1.1 雷害事故发生概率高

高原地区与一般平原等地形相比，具有更高的雷电灾害发生率，对电路与机房造成的雷电危害性更强，所产生的雷电灾害形式更加多元化。由于所处自然环境地势高，空气稀薄，条件恶劣，所以遭受雷害后，电力工程施工维修压力较大。目前，高原地区的防雷与接地技术是研究的难点和重点。

1.2 雷害受地理环境因素影响大

第一，受地理位置影响。高原地区，由于海拔较高，且山川密集高耸，当雷云随着季风进入高原地区时，一旦与山川凸起部位发生直接性接触，势必增大雷云间和雷云内部放电的概率，一定程度上增加了雷电对地面的放电概率，造成雷电灾害。

第二，受地质条件影响。通常，高原地区电力工程所在场所地貌多以砂石、山岩为主，附近区域空旷，林木较少，在雨季降水量大的情况下，多发生水土流失现象，造成地面土壤流失严重，土壤结构分布不均，降低了土壤的保水性，增大了土壤的电阻率。在此状况下，电力工程易成为雷电袭击目标，导致雷害事故频繁发生。

第三，受局部气候条件影响。高原地区的海拔一般都比较高，空气稀薄，高原地区电力工程正是处于这样一种雷云活动活跃地带。高原地区气候条件比较符合雷云形成机理，其雷电灾害的产生率远大于平原地区。

2 高原地区电力工程的雷害方式及引入途径

2.1 雷电经由避雷针或铁塔引入

当电力工程的铁塔以及铁塔上的避雷针遭受雷电直接袭击时，通过铁塔构架或者接地引下线将瞬间强大的雷电流导入接地网，此时接地网中的接地阻抗值瞬间增高，促使地网局部区域内的电位随之升高。高原地区电力工程本身所处的地理环境土壤中的电阻率就比平原高，此时接地网接地电阻值一旦出现超标现象，会对二次设备的地电位造成一定程度的干扰与反击。由于大量的通信、控制等弱点设备都设置在接地网附近的机房与电缆沟内，受接地网接地电阻值增高的影响，电位差将升高，造成部分电流流动于信号线缆屏蔽层表面，电力设备受到信号线缆芯线引流过来的干扰电压影响出现损坏。

2.2 雷害由架空线路或配电线缆引入

高原地区受雷电袭击或雷电感应概率最大的就是铺设的电缆或者交流电源线路。电源机房遭受雷击入侵主要是通过进出站的电源线路和电缆经由电磁感应或各种藕合方式导入雷电暂态过电压。此外，由于电源机房与通信机房是直接相互连接的，通过电源线路和电缆可以将雷电暂态过电压导入通信设备。由于雷电暂态过电压的幅值和高频信号分量过高，使通信设备所采用的电子元器件无法承受，从而造成通信设备的损坏[1]。

2.3 雷电经天馈线等信号线缆入侵机房

电力工程电源机房中存在大量的电力设施设备，在雷雨频发季节，波导馈线等信号线缆一旦遭受雷电袭击，感应雷所产生的雷电暂态过电压就会通过信号线缆导入机房中，造成机房中电力设施设备遭到雷电间接袭击，感应电压经过机架或屏柜等设备入地，造成机房相关电力、通信等传输设备的损坏。

2.4 雷击附近的空间电磁感应

空间电磁感应现象多发生于高原地区。这主要是由于高原地区地势海拔较高，所处区域正是雷云活跃地带，雷雨天气下，一旦出现空间雷云放电现象，极有可能引起空间电磁感应。受此影响，雷电流产生的暂态脉冲磁场会对高原电力工程机房中的大量电力设备造成干扰与损坏。

3 雷击过电压对配电线路的危害

雷电放电现象多产生于雷雨多发季节，主要是由两块带有正负电荷的雷云在空气绝缘失去作用的情况下，发生碰撞瞬间而产生的放电现象。此时，若没有其他异种雷云在附近，且雷云距离地面较低，那么地面将会直接遭受雷云放电袭击。若电力系统遭遇放电作用袭击，就会对电压产生直接影响。常见的电力雷电灾害包括感应雷电反击过电压、雷击侵入波以及直接雷击等。电力工程遭遇雷电袭击时，主要造成的事故包括电力设备跳闸停电和电缆火灾事故等。雷电事故的发生会给周围居民生活用电带来不便，严重时还会威胁到居民的生命安全。同时，雷电事故的发生还会给电力部门带来巨大的经济损失。

4 防雷接地工程施工技术在高原地区电力工程中的应用

4.1 接地装置的施工技术

第一，人工接地体的制作。通常水平接地体、垂直接地体以及铜接地体是人工接地体中应用最多的方法。对于制作材料，镀锌扁钢是水平接地体的主要制作材料；以长2.5 m、直径5 cm的角钢、圆钢或镀锌钢管作为垂直接地体的制作材料；以1.5 mm厚的1 m2铜板作为铜接地体的制作材料。

第二，定位放线施工。为了人们的安全考虑，该施工场地的选取应以偏远无人区域为宜。相关施工人员需要严格地依照施工图纸的设计路线、要求以及相关施工方法与步骤在防雷装置接地的位置上，先进行放线沟槽的挖掘工作，然后再进行放线填埋工作。布线沟槽挖掘的深度应该处于地表层以下，进行深层埋线，有效预防因气候过冷、地表层持续低温上冻所造成的接地电阻增加。同时，遇到道路、建筑出入口等地段时，应该保证接地装置与此之间留有足够的安全距离，有效防止跨步电压形成，导致人员伤害。

第三，人工接地体的安装。相关施工人员安装垂直接地体时，要严格依照相关规定正确地进行施工安装。接地体的放置位置要以沟的中心线作为基准，垂直埋于地下，接地体的顶端与地面之间的距离要保证在0.5 m左右。在挖好的沟槽中，将镀锌扁钢调直侧放，采用焊接的方式对其进行连接，将焊接部位的药皮清理干净，预防腐蚀。为得到有效的防腐蚀效果，可在表面再涂抹一层防腐蚀漆料。按照实际安装的设计要求，放置足够长度的接地线并拉好[2]。

第四，自然接地体的安装。钢筋混凝土桩基是自然接地体安装的基础，将外漏在桩基端部的钢筋与承台梁的主筋通过焊接的方式实现有效连接，完成该部分作业后，再以焊接的方式，将两者与引下线柱里面的钢筋进行连接。遭遇雷电袭击时，雷电通过钢筋混凝土桩基在引下线的引导下导入地下。

4.2 防雷保护的施工技术

第一，防雷保护工作做到位。在雷电多发区域，一定要做好防雷保护工作，通常以架设避雷线的方式来预防雷击灾害。按照施工设计的标准，施工人员在配电线路杆塔的顶端架设足够数量的架空地线。遇到雷电灾害时，可以通过架空地线将雷击电流导入地面，降低电能感应所带来的损耗，从而起到防雷保护的效果。同时，还可以采用安装过压保护器的方式对线路进行防雷保护。该方式维护价格低廉，且不会影响电路的正常使用。

第二，确保配电线路的绝缘水平。较小幅值的感应雷过电压和直击雷过电压对配电线路的影响不大，但是由于高原地区海拔较高，拉近了雷云和配电线路的距离，一定程度上增加了感应雷过电压的幅值，遇到雷电袭击时，易造成线路击穿问题，严重影响配电线路的正常运行。因此，仅凭架空导线不能预防感应雷对线路造成的影响。此外，还需要采取多重保障措施，如增加绝缘皮和适当地增加绝缘子，不仅能提高配电线路的绝缘水平，而且能提升配电线路的防雷能力[3]。

第三，降低杆塔的接地电阻。杆塔接地电阻的大小与杆塔顶端电位的高低存在直接关联。线路遭受雷击时，主要通过杆塔来将雷电直接导入大地，实现对线路的保护。当杆塔的接地电阻值过大时，杆塔顶端电位增大，从而和导线产生较大的电位差，造成电线绝缘子闪络现象发生，且整个线路的耐雷水平降低，加大了线路损耗。因此，杆塔接地电阻可以采用外接接地的方式。