浅议架空输电线路防雷措施

摘要:雷电对架空输电线路安全运行危害极大,经常造成绝缘子闪络事故,在山区、交通不便的地区,给巡视、查找故障增加不少难度。本文提出了各种改善线路雷电性能的防雷综合措施,可供同行参考学习。

关键词:架空输电线路 跳闸 防雷措施 1 引言

雷电对架空输电线路安全运行危害极大,经常造成绝缘子闪络事故,在山区、交通不便的地区,给巡视、查找故障增加不少难度。雷电时常伴有瞬间大风与大雨,极大的风速经常可以造成高大树木倒落在导线上、输电线振动、横向碰击和倒杆断线的事故发生。如果对这些现象处理不及时的话,就会造成电力事故,严重时会危机人们生命财产的安全。

架空输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段:输电线路受到雷电过电压的作用:输电线路发生闪络;输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;线路跳闸,供电中断。针对雷害事故形成的四个阶段,现代输电线路在采取防雷保护措施时,要做到“四道防线”,即:(1)防直击,就是使输电线路不受直击雷。(2)防闪络,就是使输电线路受雷击后绝缘不发生闪络。(3) 防建弧,就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。(4)防停电,就是使输电线路建立工频电弧后不中断

电力供应。

2 架空输电线路防雷的具体措施 2.1 架设避雷线

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的防雷措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用:(1)分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;(2)通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压;(3)对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。通常来说,输电线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造价中所占的比重也较低。因此,110kV及以上电压等级的架空输电线路都应全线架设避雷线。同时,为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角应做得小一些,通常采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右,500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线,保护角在15°左右。

2.2 安装避雷针

安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷保护措施。但是在实际应用却存在以下几个方面:(1)由于避雷针而导致雷击概率增大;(2)保护范围小,国内外不少防雷专家,对避雷针能向被保护物有多大的保

护距离做了系统的研究得出的结论是:“对一根垂直避雷针无法获得十分肯定的保护区域”。英国的BS6551法规曾指出:“经验显示不能依赖避雷针提供任何保护区内的完整保护”。而德国防雷法规则有意识地不引入避雷针保护范围的概念。从避雷针因侧击雷、绕击雷,造成雷击事故的实例来分析,其保护范围是不十分肯定的。由于避雷针的引雷作用,所以雷击次数就会提高,当雷电被吸引到避雷针上,在强大的雷电流沿避雷针而流入大地过程中,雷电流周围形成的磁场会产生截应过电压,它与雷电流的大小及变化速度成正比,与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用,不能达到有效屏蔽,使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。(3)反击的危害,当雷电被吸引到避雷针上,将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置,此时避雷针和引线的电压很高,若避雷针对被保护物之间的距离小于安全距离时,会由避雷针及引下线向被保护物发生反击,损坏被保护物。我国国标规定避雷针距被保护物的空气中距离≥5米,避雷针距被保护物的接地装置间的地中距离Sd≥3米,针对这一要求,微波塔和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范的要求。(4)电磁感应问题;在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中,会在周围产生强大的电磁场,它会使微波通信、计算机等设备产生误动。强大的电磁场,可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电,从而引燃引爆易燃易爆物。更常见的则是引起微电子设备(通信设备,计算机设备等)的失灵与损坏。受雷击的避雷针及引线,在高频雷电流作用下,将从接触点至地面产生一个非常高的

接触电压。当雷电流流入大地扩散时,在入地点沿半径各点形成不同的电位,若跨入该区域会产生较高的跨步电压。在测避雷针不适用于对弱电设备的保护,更不易用于易燃易爆品的防雷保护。因它引来强大的雷电流在接地引线断线卡处易产生火花,还会在附近的金属开口环处产生火花,从而引起事故的发生。

2.3 加强线路绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔,这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为了降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越档导线与地线之间的距离,以加强线路绝缘。

2.4 采用不平衡绝缘方式

在现代高压及超高压线路上,同杆架设的双回路线路日益增多,对这种线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时,可以考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率,以保障线路的连续供电性。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异,这样,雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络,闪络后的导线相当于地线,增加了对另一回路导线的耦合作用,提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络,保障了另一回路的连续供电。

2.5 藕合地埋线

藕合地埋线可起两个作用,一是降低接地电阻,《电力工程高压送电线路设计手册》指出:连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1～2根接地线,并可与下一基塔的杆塔接地装置相连,此时对工频接地电阻值不作要求,国内外的运行经验证明,它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。二是起一部分架空地线的作用,既有避雷线的分流作用,又有避雷线的藕合作用。据某供电局的运行经验,在一个20基杆塔的易击段埋设藕合地埋线后,10年中只发生一次雷击故障,有文献介绍可降低跳闸率40%,显著提高线路耐雷水平。

2.6 装设消雷器

消雷器是一种新型的直击雷防护装置,在国内已有十多年的应用历史,目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套,运行情况较好。虽然对消雷器的机理和理论还存在怀疑和争论,但它确实能消除或减少雷击的事实已被越来越多的人认可与接受。消雷器对接地电阻的要求不严,其保护范围也远比避雷针大。在实际装设时,要认真解决好有关的各个环节中的问题。

2.7 使用接地降阻剂

降低杆塔接地电阻。山区线路多数处于高土壤电阻率地区,对接地电阻超规的杆塔,我们采取加降阻剂、挖深接地坑道改善接地土壤率的办法将接地电阻降低到规程规定的有效范围内,并按规程要求每五年对全线杆塔接地电阻遥测一次,每两年对变电站进出口1～2km

的接地电阻遥测一次,发现不合格的要及时进行更换处理。

3 结语

总之,影响架空输电线路雷击跳闸率的原因有很多种,有一定的复杂性,解决线路的雷击问题,要从实际问题出发,因地制宜,综合进行治理。在采取防雷改进措施之前,要认真调查研究,充分了解该地区的地理、气象及线路运行等各方面的情况,核算线路的耐雷水平,研究采用措施的可行性、工作量、难度、经济效益及效果等,以便选择适当的防雷保护措施。