架空输电线路防雷技术研究

2021-11-20丁争国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司

环球市场 2021年30期

丁争国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司

电能现已成为社会人们生活与生产不可缺少的组成部分，但是在电力输送过程中，因架空输电线路所产生的跳闸事件与安全问题令人忧虑。雷击，作为架空输电线路事故的一大因素，根据相关数据可知，因雷击所产生的跳闸与线路总跳闸占整体事故的半数以上。尤其是在地理环境复杂、土壤电阻率高、雷电活动频发的地区，因雷击而产生的跳闸事故更为频繁。相关事故给社会生产、生活活动产生了极大的损失与影响，有鉴于此，对于架空输电线路防雷技术的提升与应用十分紧迫且重要。

一、架空输电线路防雷概述

架空线路作为现阶段电力公司使用频率较高的输电形式，在输电过程中通过连接不同区位发电站、变电站、负荷点进行电力的输导，进行构建电压等级差异存在的电力网络。因为区域位置、高度以及输电线路长度等因素需要与建设要求相吻合，因此，难以根除雷电过电压现象，从而形成雷击跳闸引发停电等事故，极大的影响了电力输送过程中的安全性与稳定性。

雷电过电压指的是，大气中雷云在架空线路中产生放电效应所形成的过电压现象，可以分为直击与感应两种类型。感应过电压较为常见，其所产生的电压最大峰值能够达到300-400kV，极易在低于35kV的架空输电线路中产生绝缘闪络的现象。在超于110kV的输电线路具有较高的耐雷特性。直击过电压，主要分为反击与绕击两种类型，尽管避雷线档与中央遭受雷击同样能够造成跳闸现象，但直击过电压情况出现较。

二、架空输电线路遭受雷击的几种情况

（一）反击雷电过电压

对于电力领域的架空输电线路而言，雷击是相对常见的问题，雷击对架空输电线路的危害相对较大，根据其雷击表现，反击雷电过电压是其中的一种类型，在雷击线路杆塔或者避雷线的情况下，雷电流通过雷击点阻抗，使得该雷击点的对地电位在瞬时时段内急剧增大，一旦在这种雷击情况下，雷击点与导线之间的电位差大于线路绝缘冲击放电电压的情况下，也就会同步出现明显的闪络现象，引起导线过电压问题，在此情况下杆塔或者避雷线的电位要比导线高很多，因此，这种情况下的雷击被称为反击雷电过电压。在雷电流击中输电杆塔塔顶的情况下，其中的绝大部分雷电流会经过杆塔进入到大地中，但因为杆塔、避雷线波阻抗、接地电阻等因素的干扰，雷电流在经由杆塔进入到大地的同时，会在杆塔上同步产生巨大的压降，这种情况下，塔顶、横担的电位异常提高。一旦绝缘子串两端的电位差超过了冲击闪络电压，绝缘子串上将出现明显的闪络情况，架空输电线路上出现接地故障。

（二）绕击雷电过电压

绕击雷电过电压问题在架空输电线路雷击事故中也十分常见，表现为雷电直接击中导线或者绕过避雷线而击中导线，这两种情况下的雷击现象都会在导线上引起过电压问题，也就是绕击雷击事故。当雷电流直接击中输电导线的情况下，大量雷电流注入到了导线，输电线路对地电压显著增高。绝缘子串两端所承受电位差超过了绝缘子串冲击闪络电压的情况下，在绝缘子串上将发生闪络情况，这种情况下，导电直接通过杆塔来对地放电。在绕击发生的情况下，雷电流对导线产生了一定的作用力。

三、架空输电线路遭受雷击的影响因素

接地装置作为接地网与接地极进行连接的装置，在架空输电线中有着十分重要的作用。能够极大的降低雷电进地，对绝缘设备进行保护，并降低雷击跳闸的情况。但是，也存在者一定程度的安全隐患。例如：安装、配备不足，将直接导致其实际电阻与预设电阻之间存在差异、地网受到化学腐蚀等情况，直接造成其无法有效的降低线路接地电阻与雷击事故影响。

塔杆作为支撑架空输电线路的承载体，多为钢制或混凝土材质，但是经过长时间的使用，受到风化等因素影响，容易产生裂痕等方面问题。在经受雷击的情况下，其内在温度在电流的作用下将快速上升，同时存在因为直击中拉线对塔杆机械强度构成影响而产生坍塌，从而造成架空输电线运行受影响，产生停电等重大事故。

绝缘子作为支撑导线、隔绝电流、防止电流回地的组成，其主要由合成材料、陶瓷材料与钢化材料所组成。由于各种材料不可避免的存在一定程度的缺陷，均不利于防雷效果的发挥。例如：合成材料绝缘易于出现老化、掉串的问题；陶瓷材料绝缘子因为零值产生闪络击穿；钢化材料绝缘子经过雷击后易于产生裸串现象。避雷线其应用主要是为避雷效果，但是由于架空输电线路中普遍采用双避雷线设置，因此在经受雷击的情况下，能够有效降低高值电压所产生的影响。

四、架空输电线路防雷技术的应用

（一）增设避雷装置

避雷装置作为有效提升架空输电线路防雷能力的方法之一，在架空输电线路中有着大范围的应用，最为常见的避雷装置有避雷针、避雷器等。根据相关实践经验证明，通过在架空地下中合理、科学的设置具备防绕极效果的避雷针，能够有效的提升架空输电线路引雷与屏蔽的效能，进而对由绕击二转化的反击形成有效的控制，进而降低雷击所造成的跳闸事故的发生。例如，通过在500 kV架空输电线路雷电发生频率较高的位置，进行分段设置避雷针的形式，极大的减少了雷击跳闸的频率。再例如：在输电线路中设置符合相关性能需求的避雷器，同时使其与绝缘子进入串并联的形式，通过限制闪络电压的形式，对工频电弧进行有效的切断。这样的形式对直击与反击形式的过电压，均有着良好的防护效果。另一方面，通过氧化锌避雷器的使用，能够合理的提升架空输电线路的耐雷效果，针对杆塔雷击跳闸方面有着有效的防护效果，但以上方式适用于雷电易击分段以及雷电易击点位。

（二）降低塔杆接地电阻

架空输电线路其防雷能力的高低，由雷击跳闸率与其耐雷性所决定。因此，应当尽量降低接地电阻阻值，通过优化塔杆接地的方式进行完成。在塔杆不具备避雷线路的情况下，应当尽可能的保障铁塔、钢混杆等能够全面的发挥自然接地体的效果，同时在土壤电阻率小于100Ω·m情况下，可以不增加人工接地设备，在相关实际需求无法满足的情况下，进行人工接地体的设置。一般情况下，所使用钢质垂直接地体长度为2.5m，彼此之间距离保持5m左右，埋地深度设计大于0.5m。注意原理高温等不良因素，以此提升土壤电阻率，具体情况与数值，应当根据具体情况酌情设置。

雷电发生频率较高区域，应当在线路设置避雷支架、导线横担、混凝土杆铁横担以及绝缘子等设备，而且这些设备之间需要连接效果佳、可靠性强的电气设备，其外导电部分要进行接地处理。另一方面，还可以在雷电频发区域的主杆钢筋中，以焊接或绑扎的形式来形成完整的通路，并在此通路中适当利用电气连接接地螺母、铁横担和钢筋，同时为了避免引起架空输电线路的中断放电现象，还可以在线路中增设自动重合闸设备，从而全面降低雷击的风险。此外，如果塔杆处于土壤电阻率较高的区域，可以在线路中增设多支线外引接地装置，其中外引长度应略短于有效长度。

（三）减小架空地线保护角

在多种类型降低架空输电线路绕击跳闸的方式中，合理的降低并减少保护角是目前国际公认效果最佳、最为直接的方式。对于老旧架空输电线路的改造升级，尽管适当降低保护角能够有效减少雷击跳闸现象，但其整体综合效果不佳。对于新建的架空输电线路，仅仅通过优化其塔杆设计即可，并不需要进行额外的改造线路。在一般情况下，为提升避雷线对于导线的防护效果，应当合理的缩小保护角，如若为500 kV或者以上的架空输电线路处于双避雷线的状况中，保护角应控制为小于、等于15°。在山地区域，单回路线路的保护角可控制在0°～5°之间，双回路线路角度应当控制在8°～10°。在平原区域，单回路线路中的保护角设置为0°～5°之间，双回线角度应当设置为0°～5°。相关情况，应当根据实际情况进行合理调整，以期达到最佳效果。

（四）改善线路绝缘水平

提升架空输电线路绝缘能力方面，应当根据实际情况合理选择绝缘子部件。不同材质绝缘子各有优缺点，在雷电发生频率较高、轻度较大的区域，应当使用合成绝缘子，在保证绝缘子耐压水平符合线路要求的前提下，合理提升绝缘子高度，以此保证有效干弧距离足够，以此保证绝缘能力，形成降低雷击影响的效果。

（五）合理架设耦合地线

在降低节点电阻实施难以完成的情况下，可以借助耦合底线的手段，进行防雷效果的提升。特别是在地理环境复杂、雷电发生频率较高、输电线路长的山地区域。

对于此状况，通常是在输电线路下方的位置预先埋设2～3根接地线，并且，这些接电线还要连接下一基站所有的接地装置，从而全面降低土壤的电阻率。同时，还要架设耦合底线，能够在极大程度上提升架空地线的效果，有效提升塔杆分流的能力，以此保证塔顶电位的低位，对直波进行弱化，从而形成阻抗效果，以此全面增强架空输电线路防雷效果。通过相关实践证明，进行耦合底线的埋设处理后，因雷击所造成的跳闸事故发生率能够降低30%～40%，其对于架空输电线路防雷有着出色的效果。

不仅于此，在架空输电线路的防雷技术方面，利用并联间隙手段，能够有效的对绝缘子串形成保护，以此保护其免受电弧灼伤的损伤。在对防雷技术与设备进行改良与创新之外，电力运行与维护的工作人员，应当提升对于架空输电线路的检查与维修工作，根据各地区气候状况与季节更替等自然因素，制定出合理、全面、持续的巡查机制。同时，借助电子信息技术，建立相关数据库，通过网络大数据对故障区域、规律进行归纳、总结，设计出针对不同问题的措施与方法，以此提升应对能力，为架空输电线路提供具有价值的信息数据。

（六）侧向避雷针的安装

对于一些架空输电线路而言，往往会在山顶等相对较高的位置进行杆塔的布设，这种杆塔布置条件下，杆塔线路很容易与雷云平行，也有可能在线路或者杆塔的下方运动，与此同时，杆塔位置处的电磁环境十分复杂，同档距中央相比较，杆塔处雷电绕击过电压问题对于架空输电线路的正常运行造成了巨大的危害。根据相应的研究，避雷线单桩对于绕击过电压的预防和控制非常有效。以110kV架空线路来看，杆塔横担两侧通过避雷针的安装，就可以达到良好的防雷效果，但在侧向避雷针安装时，最好将其长度保持在3m左右。横向设备长度控制在1.8m，中间固定部分长度控制在1.2m，随后将前期所确定的这三个固定点在现场有效标注出来，其基本的安装结构如图1所示。根据安装特点，经由杆塔横担和避雷针三个固定螺孔，也就能够达到电气可靠连接的目标，经由杆塔接地体和接地引下线的电气连接，使得在出现雷击情况的同时，避雷装置可在最短的时间内快速将雷电引入大地，达到泄流的目标，进而来实现良好的防雷处理。在侧向避雷针安装结束且达到了相应的要求以后，架空输电线路的防绕击水平显著提高，但也同步增大了线路的引雷率，为有效进行引雷率的科学控制，可适当增加绝缘子串的片数。