摘要:輸電線是配電網(wǎng)中非常重要的一部分內(nèi)容,它把電能從山區(qū)輸送到城市中,成為工業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要命脈。然而,隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展,各地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)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(chǎn)生的原因、引起絕緣子發(fā)生閃絡(luò)、線路跳閘, 影響線路耐雷水平的相關(guān)參數(shù)特性的分析,并對不同雷擊所產(chǎn)生效果的不同, 對線路的防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行探討, 提出一些相應(yīng)的防雷方式和解決辦法, 以提高送電線路耐雷水平。

　　關(guān)鍵詞:輸電線路,防雷措施,中文核心期刊網(wǎng)

　　·前言

　　架空線路輸電是電力工業(yè)發(fā)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(qū)的發(fā)電站、變電站、負(fù)荷點(diǎn)連接起來,輸送或交換電能,構(gòu)成各種電壓等級的電力網(wǎng)絡(luò)或配電網(wǎng)。線路長度有時(shí)達(dá)數(shù)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(shù)位居所有跳閘原因之首。因此,如何切實(shí)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(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。

　　1 高壓輸電線路設(shè)計(jì)中防雷設(shè)計(jì)的重要性

　　在電力建設(shè)過程中,因架空輸電線路通常在荒野地區(qū)且線路距離較長,容易遭受雷擊。其中,在電力系統(tǒng)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(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了二次保護(hù)裝置,使得電力系統(tǒng)出現(xiàn)的安全事故逐漸減少,而因雷擊導(dǎo)致線路跳閘事故顯得更加突出了,其既影響電力系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行,又會給人們?nèi)粘Ｉ�活帶來了極大的不便。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),因雷擊導(dǎo)致線路發(fā)生跳閘事故占總電網(wǎng)事故的60%。

　　2雷擊過電壓的種類與計(jì)算分析

　　2.1感應(yīng)雷過電壓

　　大多數(shù)雷云帶有負(fù)電荷, 當(dāng)在輸電線路附近有雷云時(shí), 由于靜電感應(yīng), 導(dǎo)線上靠近雷云處將感應(yīng)出(集聚)大量正電荷, 如果此時(shí)雷云在輸電線路附近放電, 導(dǎo)線由于靜電感應(yīng)而集聚的􀀁 束縛電荷􀀁 瞬間得到釋放, 以波的形式沿著導(dǎo)線向線路兩側(cè)運(yùn)動(dòng), 形成感應(yīng)過電壓, 這種由電場變化引起的雷過電壓稱為感應(yīng)過電壓的靜電分量; 同時(shí)由于雷電流迅速變化,在周圍空間產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場將通過電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上感應(yīng)出很高的電壓; 這兩部分共同構(gòu)成感應(yīng)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(dāng)雷直擊于線路桿塔塔頂時(shí), 如圖1所示, 雷電通道中的負(fù)電荷與桿塔及線路架空地線上的正感應(yīng)電荷迅速中和形成雷電流。由雷云釋放電荷形成的負(fù)極性雷電流波沿桿身向下運(yùn)動(dòng), 另有兩個(gè)相同極性的電流波通過避雷線向兩側(cè)相鄰桿塔運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)桿頂有一正雷電流波沿雷電通道向上運(yùn)動(dòng), 數(shù)值上等于三個(gè)負(fù)極性電流波之和。正由于這幾個(gè)雷電流波的作用引起在線路絕緣上的雷擊過電壓。

　　當(dāng)雷直擊塔頂時(shí), 由于有了避雷線, 強(qiáng)大的雷電流IL 一部份經(jīng)桿塔接地流入地中, 一部分經(jīng)避雷線流向桿塔兩側(cè)流入地中, 這就是避雷線的分流作用。此時(shí)桿塔的等效電路如圖2所示。塔頭電位Utd為流經(jīng)桿塔電流Igt =βIL (β分流系數(shù))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(shù), 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(shè)計(jì)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(chǎn)生的過電壓, 避雷線根數(shù)愈多,分流作用也越強(qiáng)。

　　當(dāng)塔頭電位為Utd時(shí),則在避雷線上也同樣有相同的Utd ,由于避雷線與導(dǎo)線的耦合,將在導(dǎo)線上產(chǎn)生耦合電壓KUtd,此外,由于雷電磁場的作用,導(dǎo)線上還產(chǎn)生有感應(yīng)過電壓- Ug'=ahd(1- K)。所以加在導(dǎo)線上的電位幅值為ud = kutd - ahd (1-k)。式中:k為避雷線與導(dǎo)線的耦合系數(shù), hd導(dǎo)線平均高度。此時(shí)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(luò)、絕緣擊穿的重要原因, uj = IL(βRch + β +) ( 1- k )。

　　在輸電線路防雷設(shè)計(jì)時(shí)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(yōu)劣的主要參數(shù), 主要與絕緣子串的U50% 雷電沖擊放電電壓值、桿塔結(jié)構(gòu)及桿塔的沖擊接地電阻、雷電流大小以及雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱、地形地貌的特點(diǎn)等條件有關(guān)。指當(dāng)雷擊線路時(shí)線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)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(shí), 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(shù)β、桿塔等值電感Lgt、桿塔的沖擊接地電阻Rch、導(dǎo)線地線間的耦合系數(shù)K、絕緣子串的U50%沖擊放電電壓有關(guān)。

　　2. 2. 2 雷直接擊于避雷線檔距中間

　　當(dāng)雷直接擊于避雷線檔距中間時(shí), 電波沿避雷線向桿塔兩端運(yùn)動(dòng), 所造成的影響不會大于雷擊塔頂?shù)那闆r; 此時(shí)避雷線與導(dǎo)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(dāng)雷擊過電壓的幅值超過空氣間隙距離S 的擊穿電壓時(shí), 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(dǎo)線

　　對于線路發(fā)生繞擊的慨率Pα, 認(rèn)為與避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的保護(hù)角度α(如圖3)、桿塔高度、線路經(jīng)過地區(qū)的地形地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,線路雷擊跳閘邊相占75%。保護(hù)角小于15 度占37% , 15度以上占63%。

　　通過計(jì)算表明, 山區(qū)輸電線路比平地遭受繞擊的概率高三倍, 相當(dāng)于保護(hù)角較平原地區(qū)需增大了8度。當(dāng)雷繞擊線路時(shí), 在線路導(dǎo)線上的雷擊過電壓值為,Zd 導(dǎo)線波阻抗(對于單導(dǎo)線一般為300~ 400Ω ) , 而當(dāng)雷擊桿頂時(shí), 如果忽略掉避雷線的分流作用, 以及由感應(yīng)和耦合所產(chǎn)生的基本上可以相互抵消的電壓作用后, 就是作用在導(dǎo)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(dǎo)線的雷擊過電壓值, 比雷擊于桿頂時(shí)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(shè)計(jì)及應(yīng)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(chǎn)生機(jī)理、線路閃絡(luò)跳閘的原因的分析, 得出如下結(jié)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(dāng)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(jì)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(hù)桿塔絕緣不致發(fā)生閃絡(luò)。如桿塔接地?fù)p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(shè)備的作用, 將會對導(dǎo)線發(fā)生反擊, 發(fā)生接地故障。因此要求桿塔接地設(shè)備必須完好, 接地電阻不能過大。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮桿塔逐基接地, 設(shè)計(jì)時(shí)正確配置接地形式, 對土壤電阻率高的地區(qū)提出改進(jìn)措施, 如降阻劑的使用, 增加埋設(shè)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(shè)計(jì)規(guī)范要求。在運(yùn)行維護(hù)過程中, 應(yīng)加強(qiáng)巡視, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地設(shè)備缺陷, 定期對桿塔接地電阻值進(jìn)行測量, 對不合格的進(jìn)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(qiáng)度是提高線路耐雷水平的重要因素。適當(dāng)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(shè)計(jì)選用時(shí)選擇U50% 沖擊放電電壓水平較高的絕緣子, 對雷害較嚴(yán)重地方可加強(qiáng)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(shù)。維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)巡視、檢測, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)低值、零值絕緣子, 掌握絕緣劣化情況, 據(jù)了解, 線路上目前運(yùn)行的絕緣子相當(dāng)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(shè)計(jì)選擇絕緣子形式時(shí), 應(yīng)充分比較各種絕緣子的性能掌握各種絕緣子的相關(guān)參數(shù), 分析其特性。所以認(rèn)為玻璃絕緣子有較好的耐電弧和不易老化的優(yōu)點(diǎn), 特別是玻璃是熔融體, 質(zhì)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(diǎn)對線路運(yùn)行維護(hù)具有優(yōu)勢。

　　4 結(jié)束語

　　要做好送電線路的防雷工作, 就必須抓住其關(guān)鍵點(diǎn)。通過對雷擊過程及線路遭受各種雷擊時(shí)過電壓產(chǎn)生原因的分析, 闡述了影響線路耐雷水平的因素,在此基礎(chǔ)上提出了在線路防雷設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)、施工過程中應(yīng)加以考慮的一些問題, 針對不同雷擊特點(diǎn)提出了相應(yīng)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(yùn)行。