架空電力線路的防雷保護

雷電是一種大氣放電現(xiàn)象,產(chǎn)生于積雨云中,積雨云在形成過程中,某些云團帶正電荷,某些云團帶負(fù)電荷。它們對大地的靜電感應(yīng),使地面或建(構(gòu))筑物表面產(chǎn)生異性電荷,當(dāng)電荷積聚到一定程度時,不同電荷云團之間,或云團與大地之間的電場強度可以擊穿空氣(一般為25~30 kV／cm),開始游離放電,我們稱之為“先導(dǎo)放電”。云對地的先導(dǎo)放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的,當(dāng)?shù)竭_(dá)地面吋(地面上的建筑物,架空輸電線等),便會產(chǎn)生由地面向云團的逆導(dǎo)主放電。在主放電階段里,會出現(xiàn)很大的雷電流(一般為幾十kA至幾百kA),并隨之發(fā)生強烈的閃電和巨響,這就形成了雷電。雷電一般伴有陣雨,有時還會出現(xiàn)局部的大
風(fēng)、冰雹等強對流天氣。強雷暴天氣出現(xiàn)有時還帶來災(zāi)害,如雷擊危及人身和電力設(shè)備安全,當(dāng)家用電器、計算機機房直接遭雷擊或感應(yīng)雷時將會被損壞,有時還會引起火災(zāi)等。

1 雷電的特征及危害
1．1 雷電日
??? 雷電活動從季節(jié)來講以夏季最活躍,冬季最少：從地區(qū)分布來講是赤道附近最活躍,隨緯度升高而減少,極地最少。評價某一地區(qū)雷電活動的強弱,通常是用“雷電日”,即以一年當(dāng)中該地區(qū)有多少天發(fā)生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區(qū)的雷電活動強弱,雷電閂的天數(shù)越多,表示該地區(qū)雷電活動越強,反之則越弱。我國平均雷電日的分布,大致可以劃分為4個區(qū)域：西北地區(qū)一般在15日以下;長江以北大部分地區(qū)(包括東北)在15~40日之間;長江以南地區(qū)在40日以上：北緯23°以南地區(qū)平均雷電日達(dá)80日。廣東的雷州半島地區(qū)及海南省,是我國雷電活動最劇烈的地區(qū),高達(dá)120~130日,年平均雷電日只能給人們提供一個概略的情況。事實上,即使在同一地區(qū)內(nèi),雷電活動也有所不同,有些局部地區(qū),雷擊要比鄰近地區(qū)多得多,如廣州的沙河、北京的十三陵等地．我們稱這些地方為該地區(qū)的“雷擊區(qū)”。當(dāng)放電通道發(fā)展到離地面不遠(yuǎn)的空中時,電場受地面物體影響而發(fā)生畸變。如果地面上有一座較高的尖頂建筑物,例如一座很高的鐵塔,由于這些建筑物的尖頂具有較大的電場強度,雷電先驅(qū)自然會被吸引向這些建筑物,這就是高聳突出的建筑物容易遭受雷擊的緣故。同樣的道理,架空電力線路自然也是雷電最喜歡襲擊的“建筑”。
1．2 雷擊造成的危害
??? 從表1所列2002~2004年全國電網(wǎng)故障次數(shù)統(tǒng)計知,華中電網(wǎng)因雷擊造成的事故約占其事故總數(shù)的58.3％。

??? 中原油田橫跨河南、山東二省交界處,而河南處于華中電網(wǎng)的末端,僅黃河以北地區(qū)就有110kV輸電線路13條196.24km,35kV輸配電線路90條880km,6kV線路80條240km,是河南省第一大電力用戶。據(jù)統(tǒng)計,中原油田所在地年平均雷電日約為30天,局部易落雷區(qū)(如11OkV李拐變電站附近的采油二廠區(qū)域)年雷電日有時能達(dá)到45天以上。因此,油田電力線路的防雷保護仍然是防止線路事故的重點。
??? 架空線雷害事故的形成通常要經(jīng)歷4個階段：
??? 1)輸電線路受到雷電過電壓的作用;
??? 2)輸電線路發(fā)生閃絡(luò);
??? 3)輸電線路從沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓;
??? 4)線路跳閘,供電中斷。
??? 針對雷害事故形成的4個階段,現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護措施時,要做到“四道防線”,即：防直擊,就是使輸電線路不受雷直擊,措施是沿線路裝設(shè)避雷線;防閃絡(luò),就是使輸電線路受雷后絕緣不發(fā)生閃絡(luò),措施是加強線路絕緣、降低桿塔的接地電阻;防建弧,就是使輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧,措施是系統(tǒng)采用消弧線圈接地方式、在線路上安裝避雷器等;防停電,就是使輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng),措施是裝設(shè)自動重合閘等。

2 避雷措施
??? 根據(jù)《工業(yè)與民用電力裝置的過電壓保護設(shè)計規(guī)范》(GBJ64一S3),目前中原油田電力架空線路采取的主要防雷措施有以下幾種。
2.1 架設(shè)避雷線
??? 架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線,同時還具有以下作用：
??? 1)分流作用,以減小流經(jīng)桿塔的雷電流,從而降低塔頂電位;
??? 2)通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓;
??? 3)對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。
??? 通常來說,線路電壓愈高,采用避雷線的效果愈好,而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,220kV及以上電壓等級的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線,110kV線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線,35 kV線路不宜全線架設(shè)避雷線,一般在變電所的進(jìn)線段架設(shè)1~2km的避雷線,同時按照要求做好桿塔的接地。
??? 為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果,減小繞擊率,避雷線對邊導(dǎo)線的保護角盡量做得小一些,一般采用20°~30°。???
??? 為了降低接地電阻,同時也防止不法分子破壞,通常把避雷線在每基桿塔處進(jìn)行了接地。
2.2 降低桿塔接地電阻
??? 降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時的電位升高,這是配合架設(shè)避雷線所采取的一項有效措施。標(biāo)準(zhǔn)要求,有避雷線的線路,每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時不宜超過表2所列數(shù)值。
2．3 采用中性點非有效接地方式
??? 在7個110kV變電站的35kV系統(tǒng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動消除,不致引起相間短路和跳閘。而在二相或三相落雷時,由于先對地閃絡(luò)的一相相當(dāng)于一條避雷線,增加了分流和對未閃絡(luò)相的耦合作用,使未閃絡(luò)相絕緣上的電壓下降,從而提高了線路的耐雷水平。

2.4? 加強線路絕緣

??? 由于輸電線路個別地段采用大跨越高桿塔（如：跨河、跨路桿塔）,這就增加了桿塔落畦的機會。高塔落雷時塔頂電位高,感應(yīng)過電壓大,而且受繞擊的概率也較大。為提高線路絕緣,降低線路跳閘率,我們近年來已經(jīng)陸續(xù)把110kV和35kV合成絕緣子。35kV和6kV配電線路多采用沖擊閃絡(luò)電壓較高的瓷橫擔(dān)來降低雷擊跳閘率。

2.5? 裝設(shè)自動重合閘裝置

??? 由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能,大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此,安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計,我國110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá)75%~95%,35kV及以下的線路成功率約為50%~80%。因此,油田變電站在各個電壓等級的架空線路上都安裝了自動重合閘裝置。

2.6? 安裝線路避雷器

??? 即使在全線架設(shè)避雷線,也不能完全排除在架空線上出現(xiàn)過電壓的可能性,安裝線路避雷器后,當(dāng)雷擊過電壓超過避雷器的保護水平時避雷器便動作,給雷電流提供一個低阻抗的通路,使其泄放到大地,從而限制了電壓的升高,保障了線路、設(shè)備安全。目前,我們在35kV和6kV配電線路所有的配電變壓器一次側(cè)均安裝了ZnO避雷器。部分35kV聯(lián)絡(luò)線出口處安裝了放電間隙。

3? 結(jié)語

??? 架空線的防雷從工程設(shè)計階段就要認(rèn)真加以考慮,應(yīng)根據(jù)本地的實際情況,采取切實可行的防雷方案,選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備,同時,真正按照等電位的原則,做好符合要求的共用接地網(wǎng),綜合考慮防雷與接地,只有這樣,輸電線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊。