山区成品油管道外供电线路防雷措施

郭汉宇

摘  要：外供电线路作为成品油管道附属设施之一，承担着为输油站提供电能的重要作用，是管道运行的动力之源。雷击作为影响外供电线路安全可靠运行的重要诱因，容易引发线路接地、避雷器击穿等供电异常，造成供电中断，尤其是雷雨季节发生雷击事故的频率更高，因此，做好防雷措施是外供电管理的重要组成部分。本文就成品油管道外供电防雷实践，对各类防雷措施进行了分析，提出优化外供电线路防雷措施的建议。

关键词：成品油管道；外供电线路；雷击；防雷措施

1、引言

管道输送作为油品运输最经济、最安全、最高效的运输方式，在保障国民经济的能源供给方面有着不可替代的作用，俗称“能源大动脉”。管道要实现长距离输送的目标，需在管道沿途建设若干输油站，以对油品进行加压、分输、计量，输油站的运转离不开外供电线路所提供的源源不断的电能。一个稳定、可靠、安全的供电系统，是输油站安全平稳运行的关键，一旦出现供电中断，导致甩站，管道会产生水击，对管道本体、输油设备造成很不利的影响，甚至可能导致油品泄漏事故。因此，对长输管道而言，保障外供电线路的可靠运行是输油站的日常重点工作之一。

由于供电的稳定可靠对输油站有着极其重要的意义，输油站的外供电线路通常采取供电专线，由变电所直接敷设至输油站，根据负荷的大小，还会设计成双回路供电，以保证供电冗余。外供电线路分为架空线路和电缆线路两种形式，架空线路又细分为绝缘导线和裸线两种。架空线路在敷设时，都是沿着远离人群的高山丛林架设，尤其地势较高山区，在雷雨季节时容易引雷，雷电以沿线的输电线路为泄放通道将雷电导入大地，导致输电线路容易遭受雷击。为减小雷电对外供电线路运行稳定性的影响，根据线路的电压等级、途径地域气象条件等因素，在线路上安装有避雷器、避雷线等附件，对外供电的防雷起到了积极的作用，但实际运行经验表明，雷击仍然是引起山区成品油管道晃电跳闸的主要原因。

2、雷电对外供电线路的影响

根据雷电产生危害性的特点，它的破坏作用主要由雷电流引起，通常雷击以三种形式出现：

（1）雷电直击。通常所说的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或带电的云层对大地之间的迅猛放电现象。带电云层对大地的某一点发生的放电现象，称为直接雷击。

（2）雷电绕击。雷电绕击是指绕过避雷线和避雷针等防护装置击中线路导线或站内设备的侵害形式。

（3）雷电反击。雷击线路杆塔和避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高，当雷击点与导线之间的电位差超过绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压，因为杆塔或避雷线的电位（绝缘值）高于导线，故通常成为反击。

对于外供电线路来说，雷击造成的安全危害非常大，雷击对外供电线路的影响主要表现如下：

（1）雷击外供电线路使绝缘子闪络，导致线路跳闸，从而引起该回路供电中断。

（2）避雷器受到雷击造成避雷器引流线击断或避雷器直接击穿，引流线击断后遇风左右摆动，造成线路接地或线路短路造成供电中断。避雷器击穿造成线路直接接地使供电中断。

（3）野外架空输配电线路的电缆头被雷击时造成输配电线路电缆头短路或直接击穿引起供电中断。

（4）外供电线路受到雷击，直接将供电线路相线击断，从而引起输配电线路供电中断。

（5）外供电线路杆塔、绝缘子、架空线、避雷线等受雷击遭到不同程度损伤，使得供电可靠性、稳定性、安全性大大降低，从而影响供电线路停电。

3、10kV外供电架空线路常见防雷措施

3.1 降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻能够降低输电线路的雷击跳闸率，当杆塔接地电阻降低，雷击塔顶时塔顶电位升高幅度降低，绝缘子所承受的过电压程度也有所降低，从而提高耐雷水平，有效降低线路雷电跳闸率，外供电杆塔接地电阻一般要求小于10欧姆，在岩石地方或整改接地电阻困难地方，可以减小接地电阻的要求，但是不得大于30欧姆。常用降低接地电阻方法有：

（1）深埋或增加接地极长度，如深井接地，伸长水平接地体。

（2）对土壤进行处理，如使用接地电阻降阻剂，或更换土壤。

3.2 架设避雷线

避雷线安装于杆塔顶部，安装高度大于供电线路。避雷线与所通过的杆塔接地线相连，當出现雷击时避雷线可以引导雷电向避雷线放电，通过杆塔的接地装置将雷电分流导入大地，降低塔顶电位和感应过电压，使被保护物体免遭雷击。避雷线具有使用年限长、不易出现雷击击断，对线路的保护比较强等优点，也具有投资较大、维护维修难度较大等缺点。对10kV～35kV外供电线路，一般不需要沿线架设避雷线，多雷强雷地区可以架设避雷线。

3.3 加强绝缘

由于架空输电线路跨越大山地段需采用高杆塔或铁塔进行跨越，杆塔或铁塔高度过高被雷击的几概率大大增加，为使输电线路减少雷击概率，可采用增加绝缘子串片数，改用大爬距悬式绝缘子，增大塔头空气间距来提高防雷性能，也可以将架空线路裸导线更换为绝缘导线，将雷区的铁制横担更换为绝缘横担。与裸导线相比，绝缘导线有明显的优势，可以减少导线腐蚀、提高电压质量、较少电能损失、改善和提高输配电安全可靠性。

3.4 架设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可以在导线下方架设一条耦合地线，实现雷电分流，该措施可以降低雷击跳闸率50%左右。

3.5 增加引雷能力，安装侧向避雷针

杆塔侧针技术通过在杆塔上安装水平侧针，以增强避雷线对弱雷的吸引能力，增加避雷器的保护范围，降低输电线路绕击率。当雷云中的先导放电向地面发展且距离地面一定高度时，避雷针能使先导通道所产生的电场发生畸变，此时最大电场强度的方向将出现在从雷电先导到避雷器顶端（接闪器）的连接数上，致使雷云中的电荷被吸引到避雷针上，避雷针上的电荷随着接地线安全泄放入大地，从而达到降低雷击的概率。

3.6 安装自动重合闸装置

自动重合闸装置是架空线路上常用的一种防晃电措施，架空线路由于雷电或其他故障原因分闸，重合闸装置利用机械装置或继电自动装置使其自动重新合闸。电力系统发生故障是暂时性的，经继电保护装置使断路器跳闸切断电源后，经预定时间再使其重合闸。若故障自动消除，线路经重新合闸恢复供电。若线路故障是持续的，则断路器再次跳閘，不再重合。

3.7 线路本质安全设计

现行的输油站双回路供电线路设计，通常是由两座独立的变电站各自引出一条10kV或35kV供电线路，接入输油站变电所。在此基础上，应调查两座变电所上游是否共用同一配电站或同一条母线，配电站及线路是否途径雷区、旅游景区、开发区等。在条件允许情况下做到以下几点：

（1）选择离厂区相邻的变电站，减少供电线路长度，提高供电线路稳定性。

（2）选择不同的变电站配出线作为厂区的双回路电源，原则上不能从同一变电站引出两条母线作为厂区的双回路电源。

（3）当条件不允许时需要从同一变电站引出两条母线作为厂区双回路电源时，上游母线严禁使用同一条母线。

3.8 线路上安装避雷器

避雷器连接在绝缘子串上，当作用电压超过避雷器放电电压时，避雷器先进行放电，避免绝缘子串的闪烁，线路避雷器防雷效果好。近年来，随着金属氧化锌避雷器的技术成熟和制造成本低，在输电线路上得到广泛的运用。氧化锌避雷器遭受雷击时，经常被击穿，尤其是雷区输电线路更为严重。避雷器一旦击穿，供电线路必然接地，虽然能起到保护作用，但线路稳定性较差，需开展紧急抢修更换避雷器后才能投入使用。对于距离较长的供电线路而言，开展线路排查，查找被击穿的避雷器也需要耗费大量时间。尤其是在夜间，即使确定线路避雷器被击穿，也很难第一时间开展抢修，此时输油站仅剩一条外供电线路供电，一旦也被雷击，很可能造成输油站供电中断，输油站的安全平稳运行风险陡增。

4、新技术防雷措施及工程应用

4.1多间隙避雷器

多间隙避雷器由一个或多个单元串联而成，每个单元由一个纯空气主间隙和灭弧间隙串串联而成。灭弧间隙串由位于绝缘橡胶内的多个金属球电极组成，两电极之间为灭弧室，如图1所示。当雷击时，主间隙和灭弧间隙串击穿后产生电弧，通过灭弧室喷口喷出，使电弧拉长，弧道电阻增加，工频电弧在第一次过零后熄灭。

相较于氧化锌避雷器，多间隙避雷器最重要的优势在于雷击时不出现直接击穿，造成线路接地。当雷电流沿着线路进行分流时，多间隙避雷器承受雷电流超过允许值时，多间隙避雷器内部出现接通，线路出现短暂接地造成线路跳闸起到保护外供电线路作用，当雷电流泄放到大地后，多间隙避雷器又能恢复正常使用，线路能重新达到送电条件。

多间隙避雷器与氧化锌避雷器组合使用来防雷效果更佳，其安装方法是在杆塔上电缆头地方装设氧化锌避雷器，在电缆头前后杆上装设多间隙避雷器组合使用。

4.2工程应用案例

以成品油管道某输油泵为例，该泵站位于贵州省安顺市，属于强雷和多雷地区，输油泵站采用双回路供电。据统计，2019年9月至2021年12月，两条外供电线路雷击跳闸晃电22次，起重因雷电造成晃电次数就高达10次，平均每年晃电9.78次。两条外供电线路被雷击共造成供电中断6次，平均每年供电中断2.67次。每次雷击造成避雷器击穿、电缆头击穿等线路接地都要进行抢修，给供电带来极大不稳定性。在采取包括降低杆塔接地电阻、更换工艺质量好的氧化锌避雷器、更换绝缘导线和绝缘横担、架设避雷线等措施后，雷击跳闸率并没有明显下降，跳闸次数和2019年至2021年数据几乎持平。

2022年在外供电线路加装多间隙避雷器后，统计2022年至2023年4月晃电次数5次，平均每年晃电3.75次，雷电引起晃电次数1次，因雷电引起供电中断0次，期间没有造成任何外供电中断抢修，极大提升了外供电的可靠性、安全性、稳定性。2019年9月至2023年4月晃点统计如图2所示，成品油输送的“动力”得到了重要的保障。

5、总结

根据多年运行实践，外供电线路防雷措施或手段虽然较为丰富，但在山区多雷强雷地区，应根据现场的实际情况制定相应方案。

积极应用新技术和新设备加强对雷电的监测和预防，针对性地制定外供电线路的运行维护策略，降低外供电线路被雷击导致跳闸频率是可行的。

作者单位：国家管网华南公司贵州输油部