架空電力線路受雷擊分析

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【摘要】一般情況下，架空電力線路均處于自然環(huán)境中，且其桿塔通常都超過地面20～60cm，線路的長度也長達(dá)數(shù)百公里，所以經(jīng)常會遭受雷擊。一旦遭遇雷擊，必定對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成影響，嚴(yán)重的甚至還會導(dǎo)致人身傷亡，影響較為惡劣。本文在此情況下，首先論述了雷電的形成及特征，之后對架空電力線路雷擊造成跳閘原因及有效的防控措施進行了詳細(xì)的研究，以供參考。

【關(guān)鍵詞】架空電力線路；雷擊分析；防控措施

1引言

為了更好的滿足社會發(fā)展對電力的需求，我國電網(wǎng)建設(shè)逐漸完善，這對供電運行的穩(wěn)定性及安全性提出了更加嚴(yán)格的要求。因架空電力線路建設(shè)位置的特殊性，所以經(jīng)常會遭受雷擊的損害，進而影響到電網(wǎng)的正常運行。基于此，要想確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，必須做好架空電力線路雷擊防控措施。

2雷電的形成及特征

雷電是在積雨云中的產(chǎn)生的一種大氣放電現(xiàn)象，在積雨云的形成過程中，一些帶有正電荷的云團和一些帶有負(fù)電荷的云團會產(chǎn)生相互作用，從而產(chǎn)生大地靜電感應(yīng)，最終對地面建筑物表面產(chǎn)生異性電荷。同時，當(dāng)這種電荷聚集到一定量時，云團與大地之間，或是不同電荷的云團之間的電場強度將會擊穿空氣，之后會進入到游離放電狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為先導(dǎo)放電。云團對地面的先導(dǎo)放電現(xiàn)象，主要是以跳躍式的模式逐漸向地面延伸的，且當(dāng)其抵達(dá)地面、地面建筑物、架空電力線時，就會產(chǎn)生從地面到云團的逆向主放電現(xiàn)象。一般情況下，在主放電過程中，會產(chǎn)生幾十kA甚至幾百kA的雷電流，然后會產(chǎn)生強烈的閃電與雷聲，這就是人們所說的雷電。除此之外，夏季是雷電出現(xiàn)最為活躍的季節(jié)，到了冬季之后，雷電的次數(shù)也有所減少。如果以雷電地區(qū)分布情況來看，赤道附近雷電活動最為活躍，而極地最少，雷電也會隨緯度的升高而相對減少。人們通常會以雷電日來評價某地區(qū)雷電活動的情況，以一年當(dāng)中，該地區(qū)產(chǎn)生的耳朵能聽到的雷鳴的多少確定當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒樱纂娙仗鞌?shù)越多則說明該地區(qū)雷電活動越強，雷電日天數(shù)越少則說明該地區(qū)的雷電活動越弱。

3架空電力線路雷擊造成跳閘原因分析

3.1架空電力線路受到雷電直擊

對于架空電力線路中出現(xiàn)的大氣過電壓，主要包括感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓兩種，其中，感應(yīng)雷過電壓是雷擊附近的地面，因電磁感應(yīng)所引起的感應(yīng)過電壓。而直擊雷過電壓則是雷電直接雷擊線路所引起的直擊雷過電壓。同時，對于雷擊線路故障性質(zhì)，又可分為雷電繞擊與反擊閃絡(luò)兩種。根據(jù)架空電力線路運行情況來看，在電力系統(tǒng)遭受雷電襲擊危害以直擊雷過電壓最為嚴(yán)重，且因架空電力線路的防雷措施各有不同，在有效防雷措施的選擇上，必須要明確線路受到雷擊產(chǎn)生跳閘的原因。

3.2架空電力線路受到雷電繞擊

依據(jù)架空電力線路的現(xiàn)場實測、運行經(jīng)驗及模擬實驗結(jié)果可知，架空電力線路遭受雷電的繞擊率，與避雷線對邊導(dǎo)線保護角、地面桿塔高度及高壓輸送電線所經(jīng)過的地形、地質(zhì)條件、地貌都存在一定的聯(lián)系。一般情況下，山區(qū)架空電力線路遭受雷電繞擊的概率是平地的三倍，這主要是因為山區(qū)在進行架空電力線路的架設(shè)時，會有大幅度的跨越與高差檔距，這是線路耐雷電水平的薄弱環(huán)節(jié)。此外，當(dāng)某一地區(qū)雷電活動較為強烈時，這一區(qū)段的線路通常會比其他線路更易遭受雷電襲擊。

3.3架空電力線路受到雷電反擊閃絡(luò)

一般情況下，當(dāng)雷電的電流在經(jīng)過雷擊桿、避雷線傳到塔體和接地時，桿塔的電位會升高，然后就會在相導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓。同時，當(dāng)升高的塔體電位與相導(dǎo)線產(chǎn)生的過電壓合成電流值超過高壓輸送電線的絕緣子閃絡(luò)電壓值（UJ＞U50%）時，導(dǎo)線與接地桿塔之間就會發(fā)生反擊閃絡(luò)。

4雷擊對架空線路的危害

4.1雷電熱效應(yīng)危害

雷電的過程較為短暫，一般只有0.01s，但其實質(zhì)上卻是CARBONWORLDLOWCARBONWORLD2015/12一組放電過程。在閃光出現(xiàn)的瞬間，雷電電流在極短的時間內(nèi)達(dá)到最大峰值，并且連續(xù)出現(xiàn)脈沖式的峰值，并產(chǎn)生強大的電流。特別是直接雷，其釋放的電流強度可以達(dá)到20～50kA，大型雷暴的放電電流峰值可以達(dá)到幾十萬安培。被雷電擊中的物體會在瞬時產(chǎn)生巨大的熱量，因為電流很大作用時間短，熱能擊中不可能發(fā)散，因此與雷電直接接觸的導(dǎo)線、光纜等都會因為高溫產(chǎn)生熔化，其通道的瞬間溫度可以高達(dá)上萬度，其對電力系統(tǒng)的各種設(shè)備都存在著巨大的威脅。

4.2過電壓

過電壓的危害可以分為2種：①直擊雷過電壓；②感應(yīng)雷過電壓。這是因為雷電會產(chǎn)生較強的電磁輻射，進而形成感應(yīng)過電壓。雷電直接雷擊架空線路附近的地面或者建筑的時候，就會因為電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的作用在導(dǎo)線上形成高壓，當(dāng)高壓超過絕緣裝置的極限時就會導(dǎo)致閃絡(luò)。一般情況下，直接雷雷擊的位置不同，出現(xiàn)的后果也會有所不同，直接雷的過電壓可以分為兩種：①雷擊線路上的桿塔或者架空線路的時候，雷電電流通過直擊點的阻抗使得該點的電位出現(xiàn)急劇上升，當(dāng)此點的電位與導(dǎo)線電位的差值到達(dá)絕緣極限的時候，就會在線路上出現(xiàn)閃絡(luò)，這種情況就是所謂的反擊；②雷電直擊導(dǎo)線，而導(dǎo)線上出現(xiàn)很高的電壓，當(dāng)電壓超過絕緣子的沖擊放電電壓的時候也會形成閃絡(luò)。

5架空電力線路雷擊防控措施

5.1防雷措施要點

對于遭受雷擊的架空電力線路，必須及時采取相應(yīng)的措施處理，并且還要確保其絕緣不會產(chǎn)生閃絡(luò)問題。例如不斷完善接地技術(shù)，同時還要盡量對線路絕緣進行詳細(xì)的檢查與優(yōu)化，或是選用避雷器進行防雷處理。對于受到雷擊而出現(xiàn)閃絡(luò)問題的絕緣，應(yīng)將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定性的工頻電弧，從而有效避免因線路短路而導(dǎo)致的跳閘故障。此外，對于部分處理不及時而導(dǎo)致跳閘故障的架空線路，可設(shè)置自動重合閘裝置，或是采用雙回路、環(huán)網(wǎng)供電的設(shè)計方式進行處理，從而不斷提高線路運行的穩(wěn)定性。

5.2主要防控措施

5.2.1提升線路絕緣水平

在進行架空電力線路建設(shè)之前，應(yīng)當(dāng)選擇性能與質(zhì)量都較高的絕緣。通過比較瓷橫擔(dān)線路與鐵橫擔(dān)線路發(fā)現(xiàn)，瓷橫擔(dān)線路的抗雷擊能力較高，就算遭受雷擊，也只有較少的線路會發(fā)生閃絡(luò)。但只要電力線路遭受雷擊，線路必定會在瞬間產(chǎn)生較大的高壓電流，然后就會產(chǎn)生相間閃絡(luò)，最終產(chǎn)生工頻電弧。鐵橫擔(dān)導(dǎo)電性較強，所以極容易出現(xiàn)線路跳閘故障，但如果選用導(dǎo)電性較差的瓷橫擔(dān)，可有效降低閃絡(luò)故障的發(fā)生。此外，為了提高架空電力線路的防雷能力，在進行線路的設(shè)計時，可以在鐵橫擔(dān)混凝土電桿線路上，更改或是采用絕緣等級相對較高的絕緣瓷瓶。

5.2.2接地電阻的確定

在進行架空電力線路接地技術(shù)的選用時，應(yīng)當(dāng)以實際需求來確定，例如，對于土壤電阻率較小的地區(qū)的架空電力線路施工，可以選用自然接地方式建設(shè)，從而降低接地電阻值。對于土壤電阻值較大的環(huán)境，則可以選用外引接線或者放射性接地方式施工，降低接地電阻，提高線路防雷性能。

5.2.3架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是架空電力線路防雷設(shè)計最為基礎(chǔ)的方法，能夠較好的避免雷電直擊而導(dǎo)致的線路故障。通過避雷線的架設(shè)，能夠通過對導(dǎo)線的耦合作用，對線路絕緣子進行降壓處理。同時還能夠利用避雷線的分流作用，將流經(jīng)桿塔的雷電流控制在最小程度，降低桿塔頂電位與導(dǎo)線感應(yīng)過電壓。此外，如果架空電力線路的過電壓過大，則避雷線的防雷能力所發(fā)揮的效果就會越高。架設(shè)避雷線線路施工方式不僅施工較為簡便，其成本也具有較大的優(yōu)勢。對于220kV以及110kV電壓等級架空線路，需要對所有架空線路設(shè)置避雷線，而對于35kV輸電線路，則需要根據(jù)實際需求來進行避雷線的架設(shè)。通常情況下，雷擊線路桿塔塔頂或附近避雷線時，雷電流絕大部分通過塔頂入地，還有一部分經(jīng)過避雷線由相鄰桿塔入地，基于此，應(yīng)當(dāng)在變電所進線段處架設(shè)1～2km避雷線，且還應(yīng)做好桿塔的接地處理。為了充分發(fā)揮避雷線對導(dǎo)線的屏蔽作用，應(yīng)當(dāng)盡量降低繞擊率，從而減小避雷線對導(dǎo)線的保護角，一般可以設(shè)計為20～30b。

5.2.4安裝合理的線路避雷器

近幾年來，通過全線架設(shè)避雷線也無法全部排除架空電力線路上產(chǎn)生的過電壓，但通過避雷器的安裝，當(dāng)線路雷擊過電壓超出了避雷器的保護范圍時，避雷器會給雷電流一個低阻抗通向大地的通路，從而限制電壓的升高，確保線路以及設(shè)備的安全。現(xiàn)階段，我國35kV和6kV配電線路的所有配電變壓器都安裝了ZNO避雷器，在部分35kV聯(lián)絡(luò)線的出口處還安裝了相應(yīng)的放電間隙。

5.2.5設(shè)置線路接地裝置

通過設(shè)置線路接地裝置，能夠有效降低接地電阻。且在雷擊避雷線時，能夠?qū)a(chǎn)生的巨大雷電流引入地下，并迅速的擴散。對于線路接地裝置，主要有接地體與接地引下線兩部分，其中，接地引下線是實現(xiàn)電力設(shè)備、接地體間有效連接的一種金屬導(dǎo)體。接地引下線的主體主要為鋼筋混凝土電桿內(nèi)鋼筋或是鐵塔，并選用單獨的接地引下線的一端連接接地體，并將另外一端連接鋼筋或是鐵塔主材。通過有效連接架空線路接地引下線與地網(wǎng)，能夠為電力設(shè)備的穩(wěn)定運行及操作人員的人身安全提供保障。

6結(jié)語

總而言之，在進行架空電力線路雷擊防控施工時，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，采取切實有效的防雷措施。同時還要盡量選用質(zhì)量有保障的電氣設(shè)備和防雷設(shè)備。此外，還要嚴(yán)格遵守等電位原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)工作，并在綜合考慮防雷與接地的情況下，制定合理的、有效的防雷方案，避免架空電力線路和設(shè)備遭受雷擊的危害。

參考文獻(xiàn)

[1]馬超.10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線分析及防范措施[J].中國科技縱橫，2010（20）：129~130.

[2]鄭暉，廖華武，李既明，等.架空配電線路雷擊分析與防治措施[J].廣東電力，2013（26）：89~92.

[3]張憲.輸電線路雷擊架空地線斷線的原因分析及防雷措施[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（01）：230.

作者：劉世云 羅喜光 張冬娥 單位：湖南省衡陽市氣象局