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输电线路防雷技术研究雒方旭

发表时间：2020/6/29 来源：《电力设备》2020年第5期作者：雒方旭

[导读] 摘要：高压输电线路是电力系统的重要组成部分，由于其所经之处的环境恶劣，大多为旷野、丘陵、水域或高山等，线路长期暴露在自然界中，故极易受到外界的影响或破坏。

        （国网江西省电力有限公司吉安供电分公司江西吉安 343000）
        摘要：高压输电线路是电力系统的重要组成部分，由于其所经之处的环境恶劣，大多为旷野、丘陵、水域或高山等，线路长期暴露在自然界中，故极易受到外界的影响或破坏。目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要因素，雷电击中输电线路是小概率事件，雷击瞬时产生的高压与强电流影响、破坏甚至摧毁输电线路及相关电力设施，严重时会造成大范围停电，因此防雷保护成为输电线路设计中需要重点关注的问题。
        关键词：输电线路；防雷技术；应用
        1雷击对电力系统的危害与作用机理
        1.1对输配电设施的物理损坏
        由于电气装置和电子元器件对电磁场、热效应以及强电流敏感性，输配电设施在遭受雷击时会受到多方面的损坏：（1）雷击瞬间释放的热量会造成线路断线、电力设施的金属材料熔断。（2）雷电的瞬时高压会击穿输电线路与电力设备的绝缘保护而引发电气火灾，同样会给输配电设施造成物理损坏。这些损坏对于输配电设施都是永久性损坏。瞬时性故障主要是指由雷电引起的绝缘子表面闪络、线路对树枝放电、大风引起的短时碰线、通过鸟类身体的放电等原因引起的短路。瞬时性故障由继电保护动作断开电源后，故障点的电弧自行熄灭、绝缘强度重新恢复，故障自行消除，线路断路器自动重合闸恢复正常供电。
        1.2影响电力系统运行稳定性
        雷电产生的电磁场会干扰电气线路、电力设备的正常运行，雷击产生的感应过电压会造成电力设备、监测装置等的绝缘性能劣化，导致其运行稳定性下降。雷击引发的过电流也可能会触发电力系统的继电保护装置，发生停电跳闸事故，会给电力用户带来较为严重的损失。因此，雷击事件对输配电网络的运行会产生多方面的不利影响，应在设计规划过程中合理的利用防雷设计技术，降低雷击事件发生的概率。
        2具体的防雷措施
        2.1架设避雷针、避雷线
        在输电线路上方安装避雷针、避雷线是应对雷击最为直接有效的方式，可以避免导线直接遭遇雷击。由于避雷针和避雷线一般都是直接接地，当雷电击中设备时雷电流将进行分流，从而降低雷击过电压。由于避雷线与输电线路之间具有耦合作用，可以使耦合系数增加，降低过电压。避雷线一般采用机械强度很高的钢绞线，在系统中会发生一相甚至多相断线的情况，这时避雷线还可以对杆塔起到一定的支持作用。
        2.2采用合适的防雷接地装置
        接地电阻是防雷措施中一个重要的参数，在防雷设计中具有重要意义。各种防雷设备要配备合适的接地装置才能达到降低过电压的目的，所以接地装置在防防雷中尤为关键。防雷接地是一种常见的接地装置，使接地电阻减小则可以增加输电线路的耐雷水平。如果接地电阻阻值过大，线路遭受雷电袭击时，杆塔顶端的电位将会随接地电阻值的增大而升高。过高的电位将使绝缘子发生击穿现象，导致线路出现故障；反之降低线路接地电阻则将降低杆塔顶端电位，对输电线路绝缘有一定的好处。输电线路大多处于野外环境，地理环境和地质条件错综复杂，受环境的影响使得接地电阻大不相同。所以不同的环境与不同的接地体相对应，通过杆塔及接地引下线将接地体与避雷线相连接，埋藏在大地中的接地体大多采用扁形或圆形钢；由于有些环境中岩石的土壤电阻率较高，为了减小接地电阻有时采用特殊接地模块。在高电压等级输电线路当中可采用增大接地网面积，接地网的电容与其面积成正比，电容值越大对应的电阻值将会越小；增加垂直接地体同样是利用电容增加的原理降低基地电阻。
        2.3沿线敷设耦合地线
        在线路中进行耦合地埋线，相应的结果表明，在20基杆塔中容易受击的位置埋设耦合地埋线，在十年中，只出现过一次雷击故障。由此可见，这种方法可以使得跳闸率大大下降，并可以提高线路的防雷效果。

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        2.4减少避雷线保护角
        避雷线保护角是避雷线和导线挂点连线与铅垂线之前的夹角。架空地线如果具有较小的保护角，那么当出现雷电时，发生绕击的概率将减少，从而提高输电线路的耐雷水平，但是出于经济性和安全性的角度考虑，不同的电压等级对保护角的大小要求各不相同。保护角的选取要在线路安装之前就做好预算，当线路投入运行时不宜改变保护角的大小。同一电压等级架空线路处于不同地区时，其避雷线保护角也应有所区别，一般山区雷电更为频繁，所以山区的架空线路上避雷线保护角应较平原地区避雷线保护角小一些。
        2.5提高线路绝缘强度
        输电线路的绝缘水平主要取决于绝缘子，在过电压下，如果绝缘子的绝缘强度不够，则会发生闪络，从而导致线路故障。所以适当增加绝缘子的片数、增加绝缘子的爬电距离等方法可以有效提高闪络电压，提高线路的耐雷水平。悬垂式绝缘子串对地杂散电容大于对导线杂散电容，导致绝缘子串上的电压呈现U型分布，其中对导线侧的电压最高，横担侧的电压次之，中间的电压最低。一般采用分裂导线或者加装均压环来使电位分布均匀。
        2.6采用避雷器
        常用的避雷器有阀式避雷器和氧化锌避雷器，避雷器除了可以限制雷电波从外入侵到电力系统外，还限制因操作而引起的内部过电压，具有一举两得的效果。氧化锌具有非线性伏安特性。在低电压时呈现高电阻性，在正常工作条件下几乎没有电流经过，在雷电过电压时呈现底电阻，可以泄放大量的雷电流，当雷电消失之后又恢复到原来的工作状态，从而达到保护输电线路绝缘的目的。同时金属氧化物避雷器还有一个好处是没有空气间隙，不受电弧的影响，不存在灭弧和电弧重燃危及线路绝缘的物体。由于上述特性使之广泛使用于输电线路的防雷措施中。
        2.7多级保护措施
        整个建筑物得以正常运行离不开建筑物的输配电系统，而在建筑物中，最容易出现受到雷击的地方就是输配电线路；这就需要做好输配电线路的防雷工作，从而确保建筑物的安全。目前，大多数建筑物都安装了避雷针和避雷带等设备，但实验显示，这种防雷措施或者仅仅安装防雷器件，不能使输配电线路的安全运行得到保障。如果出现雷击的情况，建筑的自控设备，如电源机盘会在电击作用下而出现损坏。因此，在针对输配电线路采取防雷措施时，一定要根据实际情况开展相应的多级防护措施。（1）需要在变压器二次侧进行各种防雷装置的安装工作，可以确保外线产生的电压得到释放。（2）应在各个控制站安装专用隔离变压器，专用隔离变压器的主要目的在于将外线残压、其他用电设备的操作过电压、配电线路上感应出的过电压进行释放。与此同时，在设置隔离变压器时需要进行科学合理的设计，并加大对其他电磁干扰的处理，进而降低雷电波导致的雷击现象产生。（3）在对专用电源模板进行安装之前，需要采取相应的保护措施，从而使得先前的残压在最短时间内得到释放，并从总配电柜到自动系统的电源线，进行单独布排。需要注意，在布置防雷器时，需要将其安装的靠近保护设备，防止出现雷电侵入波的全部反射情况。
        结束语
        输电线路雷击事件发生的因素与所在区域气象特点、地形地貌以及岩土导电性等不可控因素有关，也与输电线路设施、设备自身构造、材质以及物理性质的可控因素有关。在设计线路时，为防范雷击输电线路造成的影响和损失，可从可控因素的方面进行研究。综上所述，降低接地电阻与安装防雷措施是保护输电线路免遭雷击的有效方法。
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