夏春劉歡 曾元耀

(1、四川電力送變電建設(shè)公司，四川 成都 610051 2、河南省駐馬店電業(yè)局調(diào)度中心，河南 駐馬店 463000 3、四川電力送變電建設(shè)公司，四川 成都 610051)

1 輸電線路雷電干擾成因

一切對(duì)電氣設(shè)備的絕緣有破壞性的電壓升高，均稱為過電壓，在絕緣配合中，一是應(yīng)考慮空氣間隙，二是應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)慕^緣子片數(shù)。任何間隙的雷電沖擊擊穿電壓與操作波作用一樣，都是正極性比負(fù)極性低，同時(shí)，考慮到90%以上的直接雷是負(fù)極性，相當(dāng)于在導(dǎo)線上施加正極性雷電沖擊電壓。所以線路塔頭空氣間隙的選取，采用正極性雷電沖擊擊穿電壓的數(shù)據(jù)。而且，降雨對(duì)空氣間隙的雷電沖擊擊穿電壓實(shí)際上沒有影響，所以可以用干閃情況下的空氣間隙來表示雷電沖擊擊穿電壓的空氣間隙。非直線塔跳線間隙的雷電沖擊擊穿電壓比直線塔低。雷電流高壓效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設(shè)備，足以擊穿絕緣使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致燃燒、爆炸等直接災(zāi)害。雷電流高熱效應(yīng)會(huì)放出幾十至上千安的強(qiáng)大電流，并產(chǎn)生大量熱能，在雷擊點(diǎn)的熱量會(huì)很高，可導(dǎo)致金屬熔化，引發(fā)火災(zāi)和爆炸。雷電流機(jī)械效應(yīng)主要表現(xiàn)為被雷擊物體發(fā)生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現(xiàn)象導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。電流靜電感應(yīng)可使被擊物導(dǎo)體感生出與雷電性質(zhì)相反的大量電荷，當(dāng)雷電消失來不及流散時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生很高電壓發(fā)生放電現(xiàn)象從而導(dǎo)致火災(zāi)。因此，對(duì)輸電線路雷電危害進(jìn)行分析，為更好做好防雷做好準(zhǔn)備。

2.500kV輸電線路防雷計(jì)算分析

高壓架空線路導(dǎo)線上方有架空避雷線。架空避雷線和地面對(duì)導(dǎo)線有屏蔽作用，可防止雷電直接擊在導(dǎo)線上。但桿塔高度增加時(shí)，地面的屏蔽效應(yīng)減弱，使更多的雷不擊中地面而擊中導(dǎo)線，即繞擊增加。線路通過山區(qū)時(shí)，由于線路從山上通過，使桿塔和導(dǎo)線的等值高度增加，使地面屏蔽效應(yīng)減弱。另外隨地形變化，架空避雷地線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)角也發(fā)生了變化，架空地線的屏蔽作用也減弱，因而使擊中導(dǎo)線的機(jī)率增大，使繞擊率增加。

2.1 輸電線路繞擊率計(jì)算

繞擊率 P是表征線路出現(xiàn)一次雷擊后繞越擊中導(dǎo)線的概率與程度。高壓線路裝設(shè)避雷線之后，導(dǎo)線遭受雷擊的事故已大大減少。但由于避雷線安裝位置，桿塔高度、線路經(jīng)過地區(qū)的地形和地質(zhì)條件等原因影響，雷電沖擊波仍然有繞過避雷線而擊中導(dǎo)線的可能。繞擊一旦出現(xiàn)，則容易引起絕緣子串的閃絡(luò)。所以用繞擊率來表征線路出現(xiàn)一次雷擊時(shí)繞超擊中導(dǎo)線的概率和程度。規(guī)程推薦的繞擊率計(jì)算式為

輸電線路為平原線路:

輸電線路為山區(qū)線路:

式(1)及式(2)中:α-避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角。若取相同的h高度和α值同時(shí)代入上式計(jì)算并比較結(jié)果，可以看出，山區(qū)的繞擊率為平原的近3倍。而要保持山區(qū)與平原的繞擊率接近相同，則山區(qū)線路避雷線的保護(hù)角應(yīng)減小約80。由于這些外部條件和原因形成的差別，設(shè)計(jì)規(guī)程建議，500kV線路保護(hù)角α只有100一150。從上述公式中也可以看出，對(duì)于超高壓或大跨越的高桿塔要保持與其它桿塔相同的繞擊率就得降低α角。

2.2 輸電線路建弧率計(jì)算

高壓線路雷擊閃絡(luò)后，雷電流經(jīng)過閃絡(luò)通道入地。由于這個(gè)時(shí)間很短，線路斷路器來不及反映時(shí)，故障點(diǎn)閃絡(luò)通道空氣和絕緣或許已經(jīng)恢復(fù)。但如果雷電流泄放后閃絡(luò)通路受線路工頻電壓作用，工頻電流接續(xù)短路使電弧持續(xù)燃燒時(shí)，斷路器必將跳閘。因此把線路雷電沖擊閃絡(luò)后出現(xiàn)穩(wěn)定工頻續(xù)流電弧的概率稱之為建弧率，用η表示。由經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)得出的建弧率表達(dá)式為：η＝(4.5E0.75－14)×10-2式中，E為絕緣子串運(yùn)行的平均電位梯度。

輸電線路上的雷電過電壓按其形成分兩種情況：一種是雷云直接擊于線路（包括導(dǎo)線、桿塔，或許還有避雷線），在其上產(chǎn)生危害絕緣的電壓，稱為直擊雷過電壓；另一種是雷擊輸電線路附近地面，在輸電線路的三相導(dǎo)線上，因感應(yīng)而出現(xiàn)的高電壓，稱為感應(yīng)雷過電壓，在雷電高頻干擾下，現(xiàn)有的各種暫態(tài)保護(hù)判據(jù)都有可能出現(xiàn)誤判。對(duì)于暫態(tài)保護(hù)來說，除了直擊雷會(huì)造成嚴(yán)重影響外，感應(yīng)雷擊同樣會(huì)在線路上產(chǎn)生高頻的暫態(tài)量，而且由于其發(fā)生的頻率高，所產(chǎn)生的危害甚至比直接雷電沖擊更嚴(yán)重。

3 防雷新措施探討

3.1 繞擊雷對(duì)500kV輸電線路的危害

雷電對(duì)輸電線路造成危害的形式主要有感應(yīng)雷與直擊雷，對(duì)于220kV及超高壓輸電線路，由于自身絕緣水平較高，感應(yīng)雷不會(huì)構(gòu)成威脅，雷電危害主要是直擊雷的影響。隨著雷電定位系統(tǒng)的廣泛采用，人們對(duì)輸電線路雷擊故障有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，大量的雷擊跳閘故障都是由相對(duì)較小的15～30kA左右雷電流繞擊引起的?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析表明，220kV和500kV線路雷電繞擊跳閘率占雷擊跳閘總數(shù)的50%和85%以上，線路繞擊呈現(xiàn)如下規(guī)律：雷擊閃絡(luò)故障以桿塔邊相為主；雷電流幅值較低，一般在15～30kA左右；耐張轉(zhuǎn)角塔遭雷擊比例較高；平原地區(qū)也有一定的概率。

3.2 安裝避雷針

避雷針由避雷針針頭(接閃器)、引流體和接地體三部分組成，如圖1所示。1-針頭；2-鋼結(jié)構(gòu)；3-接地體；4-被保護(hù)物500kV變電站的避雷針針尖由直徑40~80mm、壁厚為4~8mm的三節(jié)無縫鋼管串接而成。引流體利用變電站門型鋼構(gòu)架(構(gòu)架避雷針)或獨(dú)立鋼構(gòu)架(獨(dú)立避雷針)。避雷針的接地裝置除利用變電站的接地網(wǎng)外，還應(yīng)就地作集中接地，在一般土壤導(dǎo)電較好的條件下，用三根2.5m長的40mm×40mm×4mm的角鋼打入地中并聯(lián)后與鋼構(gòu)架可靠連接。

避雷針一般明顯高于被保護(hù)的設(shè)備和建筑物，當(dāng)雷云先導(dǎo)放電臨近地面時(shí)首先擊中避雷針，避雷針的引流體將雷電流安全引入地中，從而保護(hù)了某一范圍內(nèi)的設(shè)備和建筑物。避雷針的接地裝置的作用是減小泄流途徑上的電阻值，降低雷電沖擊電流在避雷針上的電壓降，即降低沖擊電壓幅值。

圖1 避雷針結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 應(yīng)用避雷線

避雷線的結(jié)構(gòu)基本與避雷針相同，它由水平懸掛的導(dǎo)電線、雷電流引下導(dǎo)體和埋入地中的接地裝置三部分組成。兩根等高避雷線的保護(hù)范圍（見圖2），避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍按單根避雷線的保護(hù)范

圖2 兩根等高避雷線的保護(hù)范圍

圍計(jì)算。

當(dāng)hx≥h/2時(shí)。rx=0.47(h-hx)p

當(dāng)hx＜h/2時(shí)。rx=(h-1.53hx)p

式中rx--每側(cè)保護(hù)范圍的寬度；h-避雷線高度，m。hx--被保護(hù)物的高度，m。p-避雷針高度影響系數(shù)。兩避雷線之間的保護(hù)范圍由通過1、0、2 的 圓 弧 確 定 ，0 點(diǎn) 的 高 度 h0按 式h0=h-D/4p計(jì)算。

式中D-兩避雷線間的距離，m。500kv輸電線設(shè)備區(qū)上空架設(shè)多條避雷線對(duì)設(shè)備區(qū)和建筑物起到保護(hù)作用。

4.避雷針與避雷線的運(yùn)行維護(hù)

(1)500kV的避雷針或避雷線一般處于45m的高空。長年在風(fēng)力的作用下，避雷針或避雷線產(chǎn)生高頻擺動(dòng)或振動(dòng)，故應(yīng)防止避雷針或避雷線因金屬疲勞而折斷墜落。國內(nèi)已有500kV變電站避雷針長7m的針尖在鋼管串接接縫處折斷墜落的先例。所以，需嚴(yán)密觀察和檢查避雷針、避雷線的外表與機(jī)械狀況。

(2)在雷電流導(dǎo)通入地回路中，若構(gòu)架至地中接地裝置的連接扁鋼嚴(yán)重腐蝕，將影響雷電流的安全入地和避雷效果。需定期開挖檢查地中接地扁鋼的腐蝕情況。

(3)測(cè)量獨(dú)立避雷針集中接地裝置的接地電阻值，要求接地電阻值、要求接地電阻值小于于l0Ω。500kV構(gòu)架避雷針或避雷線的集中接地體-般與接地網(wǎng)接死，其接地電阻與主接地網(wǎng)一同測(cè)量。

[1]姜洪，張秋華.戶外用高壓電動(dòng)機(jī)及其輸配電線路的防雷措施.伊春市電力總公司，哈爾濱鐵路局佳木斯車輛段，黑龍江伊春、黑龍江佳木斯.[期刊]防爆電機(jī)，2005-05-30.