摘要:輸電線是配電網中非常重要的一部分內容,它把電能從山區輸送到城市中,成為工業和農業發展的主要命脈。然而,隨著我國經濟的飛快發展,各地區電網建設也迅速增長,對供電可靠性提出了更加高的要求。本文針對雷擊過程及線路在遭受各種雷擊情況下, 過電壓產生的原因、引起絕緣子發生閃絡、線路跳閘, 影響線路耐雷水平的相關參數特性的分析,并對不同雷擊所產生效果的不同, 對線路的防雷設計進行探討, 提出一些相應的防雷方式和解決辦法, 以提高送電線路耐雷水平。

　　關鍵詞:輸電線路,防雷措施,中文核心期刊網

　　·前言

　　架空線路輸電是電力工業發展以來所采用的主要輸電方式。通常所稱的輸電線路就是指架空輸電線路。通過架空線路將不同地區的發電站、變電站、負荷點連接起來,輸送或交換電能,構成各種電壓等級的電力網絡或配電網。線路長度有時達數百公里或更多,所以引起輸電線路故障跳閘的原因就很多,其中因雷擊引起的跳閘次數位居所有跳閘原因之首。因此,如何切實有效地制定及改善架空輸電線路的防雷措施,從而降低線路雷擊跳閘率,是保證電力系統安全穩定運行的必要條件。

　　1 高壓輸電線路設計中防雷設計的重要性

　　在電力建設過程中,因架空輸電線路通常在荒野地區且線路距離較長,容易遭受雷擊。其中,在電力系統的跳閘、停電事故中雷擊所占比例最大。尤其是隨著我國科學技術的發展,出現了二次保護裝置,使得電力系統出現的安全事故逐漸減少,而因雷擊導致線路跳閘事故顯得更加突出了,其既影響電力系統中設備的運行,又會給人們日常生活帶來了極大的不便。據有關部門統計,因雷擊導致線路發生跳閘事故占總電網事故的60%。

　　2雷擊過電壓的種類與計算分析

　　2.1感應雷過電壓

　　大多數雷云帶有負電荷, 當在輸電線路附近有雷云時, 由于靜電感應, 導線上靠近雷云處將感應出(集聚)大量正電荷, 如果此時雷云在輸電線路附近放電, 導線由于靜電感應而集聚的􀀁 束縛電荷􀀁 瞬間得到釋放, 以波的形式沿著導線向線路兩側運動, 形成感應過電壓, 這種由電場變化引起的雷過電壓稱為感應過電壓的靜電分量; 同時由于雷電流迅速變化,在周圍空間產生強大的電磁場將通過電磁感應在導線上感應出很高的電壓; 這兩部分共同構成感應雷過電壓, 這部份稱為電磁分量。

　　2.2直擊雷過電壓

　　2.2.1雷直接擊于桿頂

　　當雷直擊于線路桿塔塔頂時, 如圖1所示, 雷電通道中的負電荷與桿塔及線路架空地線上的正感應電荷迅速中和形成雷電流。由雷云釋放電荷形成的負極性雷電流波沿桿身向下運動, 另有兩個相同極性的電流波通過避雷線向兩側相鄰桿塔運動。與此同時桿頂有一正雷電流波沿雷電通道向上運動, 數值上等于三個負極性電流波之和。正由于這幾個雷電流波的作用引起在線路絕緣上的雷擊過電壓。

　　當雷直擊塔頂時, 由于有了避雷線, 強大的雷電流IL 一部份經桿塔接地流入地中, 一部分經避雷線流向桿塔兩側流入地中, 這就是避雷線的分流作用。此時桿塔的等效電路如圖2所示。塔頭電位Utd為流經桿塔電流Igt =βIL (β分流系數)加在桿塔等值電感和塔腳接地電阻上的壓降之和, 其值為: 地電阻上的壓降之和utd =βIL (Rch + ) , 式中β桿塔分流系數, IL雷電流幅值, Rch桿塔的沖擊接地電阻, Lgt桿塔等值電感, 2.6雷電波頭長度(在線路防雷設計中一般取2.6µs)等效電路如圖2所示。由此可見避雷線對塔頭有分流作用, 可以有效降低塔頭由于雷擊所產生的過電壓, 避雷線根數愈多,分流作用也越強。

　　當塔頭電位為Utd時,則在避雷線上也同樣有相同的Utd ,由于避雷線與導線的耦合,將在導線上產生耦合電壓KUtd,此外,由于雷電磁場的作用,導線上還產生有感應過電壓- Ug'=ahd(1- K)。所以加在導線上的電位幅值為ud = kutd - ahd (1-k)。式中:k為避雷線與導線的耦合系數, hd導線平均高度。此時在線路絕緣子串上雷擊過電壓幅值Uj = Utd- Ud。加在路絕緣子串上雷擊過電壓幅值Uj是引起線路跳閘、瓷瓶閃絡、絕緣擊穿的重要原因, uj = IL(βRch + β +) ( 1- k )。

　　在輸電線路防雷設計時通常要確定桿塔的耐雷水平值, 桿塔的耐雷水平作為表征輸電線路防雷水平優劣的主要參數, 主要與絕緣子串的U50% 雷電沖擊放電電壓值、桿塔結構及桿塔的沖擊接地電阻、雷電流大小以及雷電活動的強弱、地形地貌的特點等條件有關。指當雷擊線路時線路絕緣不發生閃絡的最大電流幅值( kA),只要作用在絕緣子串上的電壓幅值Uj 等于或大于絕緣子串的U50% 沖擊放電電壓時, 線路就可能跳閘。

　　桿塔的耐雷水平:

　　從耐雷水平公式可知, 雷擊桿塔的耐雷水平與桿塔分流系數β、桿塔等值電感Lgt、桿塔的沖擊接地電阻Rch、導線地線間的耦合系數K、絕緣子串的U50%沖擊放電電壓有關。

　　2. 2. 2 雷直接擊于避雷線檔距中間

　　當雷直接擊于避雷線檔距中間時, 電波沿避雷線向桿塔兩端運動, 所造成的影響不會大于雷擊塔頂的情況; 此時避雷線與導線在檔距中間的空氣間隙距離S 成為雷擊避雷線檔距中間控制條件, 當雷擊過電壓的幅值超過空氣間隙距離S 的擊穿電壓時, 空氣間隙S 將被擊穿造成短路事故。

　　2. 2. 3􀀁 繞過避雷線擊于導線

　　對于線路發生繞擊的慨率Pα, 認為與避雷線對外側導線的保護角度α(如圖3)、桿塔高度、線路經過地區的地形地貌和地質條件有關。從統計結果看,線路雷擊跳閘邊相占75%。保護角小于15 度占37% , 15度以上占63%。

　　通過計算表明, 山區輸電線路比平地遭受繞擊的概率高三倍, 相當于保護角較平原地區需增大了8度。當雷繞擊線路時, 在線路導線上的雷擊過電壓值為,Zd 導線波阻抗(對于單導線一般為300~ 400Ω ) , 而當雷擊桿頂時, 如果忽略掉避雷線的分流作用, 以及由感應和耦合所產生的基本上可以相互抵消的電壓作用后, 就是作用在導線絕緣上的電壓值。ud = utd = ILRch , 如果該桿塔的Rch = 10Ω則可見即使是同一次落雷, 雷直接擊中導線的雷擊過電壓值, 比雷擊于桿頂時的雷擊過電壓值大7~ 8倍左右甚至更高, 因而引起線路的跳閘事故很高, 對線路絕緣破壞較大。

　　3 高壓送電線路防雷設計及應注意的問題

　　通過對雷擊過程及線路遭受各種雷擊情況下雷擊過電壓產生機理、線路閃絡跳閘的原因的分析, 得出如下結論。

　　(1)高壓送電線路的接地電阻與耐雷水平成反比, 降低桿塔沖擊接地電阻, 可使桿塔耐雷水平提高。

　　線路桿塔接地的主要作用是當線路桿塔遭受雷擊后, 快速將雷電流引入大地, 從桿塔頭電位計算公式可見, 降低桿塔沖擊接地電阻可使塔頭電位降低,從而保護桿塔絕緣不致發生閃絡。如桿塔接地損壞或接地電阻過大, 雷電流不能迅速引入大地, 將使桿塔頭電位增大, 就會失去防雷設備的作用, 將會對導線發生反擊, 發生接地故障。因此要求桿塔接地設備必須完好, 接地電阻不能過大。在設計時考慮桿塔逐基接地, 設計時正確配置接地形式, 對土壤電阻率高的地區提出改進措施, 如降阻劑的使用, 增加埋設深度, 延長接地極, 增加垂直接地極等; 以保證桿塔的接地電阻值符合設計規范要求。在運行維護過程中, 應加強巡視, 及時發現接地設備缺陷, 定期對桿塔接地電阻值進行測量, 對不合格的進行整改。

　　(2)高壓送電線路的絕緣水平與耐雷水平成正比, 保證高壓送電線路有足夠的絕緣強度是提高線路耐雷水平的重要因素。適當提高絕緣子串U50% 沖擊放電電壓水平可使線路耐雷水平提高, 在設計選用時選擇U50% 沖擊放電電壓水平較高的絕緣子, 對雷害較嚴重地方可加強線路絕緣, 在保證與桿塔空氣間隙距離情況下可增加絕緣子片數。維護中應加強巡視、檢測, 及時發現低值、零值絕緣子, 掌握絕緣劣化情況, 據了解, 線路上目前運行的絕緣子相當一部分劣化率很高, 絕緣水平不好, 這可能是影響線路耐雷水平的主要原因之一。

　　(3)在線路設計選擇絕緣子形式時, 應充分比較各種絕緣子的性能掌握各種絕緣子的相關參數, 分析其特性。所以認為玻璃絕緣子有較好的耐電弧和不易老化的優點, 特別是玻璃是熔融體, 質地均勻, 燒傷后的新表面仍是光滑的玻璃體, 仍具有足夠的絕緣性能,并且絕緣子本身具有自潔性能良好和零值自爆的特點對線路運行維護具有優勢。

　　4 結束語

　　要做好送電線路的防雷工作, 就必須抓住其關鍵點。通過對雷擊過程及線路遭受各種雷擊時過電壓產生原因的分析, 闡述了影響線路耐雷水平的因素,在此基礎上提出了在線路防雷設計、運行維護、施工過程中應加以考慮的一些問題, 針對不同雷擊特點提出了相應解決辦法, 以提高送電線路的耐雷水平, 減少線路因雷擊引起的跳閘, 以保證線路的安全運行。