架空輸電線路雷電防護(hù)研究
編輯：2021-06-14 12:59:50
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01、架空輸電線路的雷電過電壓
（一）直擊雷過電壓
架空輸電線路的設(shè)備（桿塔、避雷線或?qū)Ь€）被雷電直接擊中而產(chǎn)生的過電壓即為直擊雷過電壓。按照雷擊線路部位的不同，可將直擊雷過電壓分為兩種類型，即反擊和繞擊。在110kV或超過該電壓等級(jí)的架空輸電線路上通常整線配備避雷線，這是為了確保架空輸電線路的全程均能受到相應(yīng)的保護(hù)。雷直擊于有避雷線的架空輸電線路的情形主要有三種，即雷擊桿塔頂部、雷擊避雷線中央部分、繞過避雷線擊于導(dǎo)線。當(dāng)雷擊架空輸電線路桿塔頂部時(shí)，有較大電流流過桿塔進(jìn)入大地，該過程會(huì)對(duì)架空輸電線路桿塔造成一定程度的沖擊。該受擊情形在架空輸電線路中形成的過電壓遠(yuǎn)大于其他兩種情形，因此避免雷電直接擊中桿塔頂部是架空輸電線路雷電防護(hù)的重中之重。雷電繞過避雷線擊于架空輸電線路導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線上形成的過電壓越大，在其上流過的電流也就越大。
（二）感應(yīng)雷過電壓對(duì)輸電線路的影響
感應(yīng)雷過電壓是雷電擊中500kV輸電線路或者擊中線路周圍的地面，導(dǎo)致雷電區(qū)域出現(xiàn)電子感應(yīng)現(xiàn)象。另外，輸電線路的導(dǎo)線中也會(huì)形成電壓，導(dǎo)致導(dǎo)線電流增大，最終形成人體難以承受的高壓。在感應(yīng)雷過電壓下，受到輸電線路本身的特征影響，導(dǎo)線的兩側(cè)也會(huì)形成感應(yīng)過電壓波，使輸電線路的電壓升高。因此，為了預(yù)防感應(yīng)雷過電壓，輸電線路施工人員在實(shí)際施工過程中，可以采取地線掩埋的方式進(jìn)行線路建設(shè)，在線路掩埋過程中進(jìn)行相關(guān)的防雷操作，從而加強(qiáng)雷電防護(hù)，保證輸電線路的正常運(yùn)行。
02、架空輸電線路雷電防護(hù)措施
（一）架設(shè)避雷針、避雷線
在輸電線路上方安裝避雷針、避雷線是應(yīng)對(duì)雷擊最為直接有效的方式，可以避免三相導(dǎo)線直接遭遇雷擊。由于避雷針和避雷線一般都是直接接地，當(dāng)雷電擊中設(shè)備時(shí)雷電流將進(jìn)行分流，從而降低雷擊過電壓。由于避雷線與輸電線路之間具有耦合作用，可以使耦合系數(shù)增加，降低過電壓。避雷線一般采用機(jī)械強(qiáng)度很高的鋼絞線，在系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生一相甚至多相斷線的情況，這時(shí)避雷線還可以起到一定的支持作用。
（二）降低鐵塔的接地電阻
降低鐵塔的接地電阻是目前我國(guó)高壓輸電線路建設(shè)中的一種有效的防雷方式，在我國(guó)500kV輸電線路的防雷工作中也較為常見。其具體操作如下：（1）設(shè)計(jì)人員需要不斷延長(zhǎng)輸電線路水平方向的接地線長(zhǎng)度，從而有效降低電阻的沖擊系數(shù)，降低雷擊對(duì)線路電阻率的影響；（2）設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合500kV輸電線路的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的爆破技術(shù)，對(duì)線路的地面進(jìn)行爆破，并在爆破結(jié)束后，利用壓力機(jī)線路地面以下的位置中埋入電阻率較小的材料，以此降低地面的電阻率；（3）設(shè)計(jì)人員在接地網(wǎng)較為集中的地方也可以利用降阻劑降低線路的接地電阻。
（三）智能電網(wǎng)防雷措施
智能電網(wǎng)建設(shè)是超高壓輸電系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)中涉及大量精密設(shè)備，采用常規(guī)防雷方式雖然能有效避免雷擊跳閘故障的發(fā)生，對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，但雷電帶來的電磁干擾會(huì)嚴(yán)重影響精密設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，引發(fā)設(shè)備失靈問題。
電磁干擾以傳導(dǎo)或輻射的方式進(jìn)行傳播，其中，傳導(dǎo)方式以電阻、電感、電容等作為傳輸介質(zhì)；輻射方式中電磁干擾以電磁波的方式進(jìn)行傳遞。電磁干擾可通過共模干擾或差模干擾的方式作用于精密設(shè)備，在電路端口形成對(duì)地電位差或在相同回路的不同電線間形成電位差，具體抗干擾方式還需結(jié)合干擾類型進(jìn)行選擇。例如，安裝浪涌保護(hù)。雷擊產(chǎn)生的大強(qiáng)度電流作用于精密設(shè)備，易引發(fā)內(nèi)部元件被擊穿的現(xiàn)象，為避免此類故障發(fā)生，可在適當(dāng)位置安裝浪涌保護(hù)。浪涌保護(hù)器自帶電流強(qiáng)度檢測(cè)功能，若其幅值超出一定范圍，保護(hù)器自動(dòng)切換電流回路，將強(qiáng)電流排入到大地中，鉗制輸出電壓至安全等級(jí)。電涌保護(hù)器無法阻礙雷擊故障的發(fā)生，但可將雷擊對(duì)智能電網(wǎng)的不利影響降到最低。
（四）調(diào)整絕緣子爬電距離
調(diào)整線路絕緣子爬電距離也能對(duì)架空輸電線路的雷電防護(hù)起到一定作用，選擇合理的調(diào)整方式尤為重要。調(diào)整絕緣子爬電距離的方式為：將絕緣子上的絕緣片片數(shù)增大到一個(gè)合理的數(shù)值；改變架空輸電線路上裝配的絕緣子類型。不同類型的絕緣子對(duì)架空輸電線路絕緣子爬電距離的調(diào)整效果有著較大的區(qū)別，因此在對(duì)其調(diào)整之前應(yīng)充分了解絕緣子的相關(guān)特性。通過合理調(diào)整絕緣子爬電距離，可以提高架空輸電線路的最大擊穿電壓以及整條線路對(duì)雷擊的耐受能力，從而提高架空輸電線路的絕緣能力。需要注意的是，在利用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)架空輸電線路雷電防護(hù)的同時(shí)，應(yīng)使架空輸電線路及變電站的絕緣能力保持基本一致。若未達(dá)到這一條件，雷擊于架空線路后產(chǎn)生的電波有可能對(duì)變電站設(shè)備造成破壞，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)架空輸電線路絕緣能力的提升應(yīng)保持在合理的范圍之內(nèi)，否則將會(huì)打破電力系統(tǒng)各組成部分之間的平衡狀態(tài)，這對(duì)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行也是極為不利的。
（五）融入先進(jìn)監(jiān)管方式
日常監(jiān)管、維護(hù)也是超高壓輸電線路雷擊跳閘故障預(yù)防的重要方式，目前，超高壓輸電線路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)管，利用高清攝像監(jiān)控系統(tǒng)、無人機(jī)等方式，高效完成線路狀態(tài)監(jiān)控。以無人機(jī)技術(shù)為例。內(nèi)蒙古地區(qū)平均海拔較高，大部分超高壓輸電線路架設(shè)于山區(qū)環(huán)境中，加上當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙天氣多，輸電線路發(fā)生雷擊跳閘故障的概率較大。除安裝避雷裝置、設(shè)置耦合地線等防雷措施外，當(dāng)?shù)毓╇娋诌€引入無人機(jī)航空監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用無人機(jī)進(jìn)行特殊區(qū)域內(nèi)超高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)控。該系統(tǒng)融合無人機(jī)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)等，以航拍方式全面采集線路狀態(tài)信息，并實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)分析、處理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)輸電線路的動(dòng)態(tài)化、自動(dòng)化監(jiān)管，線路巡視效率大幅度提高，避免無效或低效巡視的出現(xiàn)。
（六）采用不平衡絕緣
如今建立高壓和超高壓電網(wǎng)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，同桿架設(shè)的雙回線越來越多。對(duì)于這類輸電線路一般的防雷措施往往不能滿足要求，所以現(xiàn)在廣泛采用不平衡絕緣的方式使雙回架空線路發(fā)生故障的幾率減小。在雙回路架空線路中，其中一條的絕緣子個(gè)數(shù)會(huì)有所減小，當(dāng)雷擊輸電線路時(shí)，這條回路將會(huì)發(fā)生故障，線路跳閘。閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，由于線間的耦合作用，增大了耦合系數(shù)，從而增加了另外一條線路的耐雷水平，保證了一條線路的正常運(yùn)行。
03、結(jié)論
通過研究可知，直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓對(duì)不同電壓等級(jí)的架空輸電線路的影響程度不同。因此，對(duì)于不同的過電壓現(xiàn)象，應(yīng)采取適宜的雷電防護(hù)措施。
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