龐宇

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局 廣西南寧 530031）

試論電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的防雷措施

龐宇

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局 廣西南寧 530031）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的迅猛發(fā)展，電力資源已遍布于我國(guó)的各個(gè)行業(yè)之中，并對(duì)人民群眾的日常起居有著至關(guān)重要的作用，因此人民對(duì)電力系統(tǒng)的安全狀態(tài)及運(yùn)行效率也提出了更高的要求，而完善電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的防雷措施不僅可以保證電力系統(tǒng)安全高效的運(yùn)行，還可以降低供電線(xiàn)路因遭受雷擊而發(fā)生供電線(xiàn)路短路的頻率，并達(dá)到降低供電線(xiàn)路投資成本、降低供電線(xiàn)路損耗的目的。

電力系統(tǒng)；配網(wǎng)設(shè)備；雷電種類(lèi)；損壞原理；防雷措施

前言

雷電是十分常見(jiàn)的一種自然現(xiàn)象，其具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和極強(qiáng)的攻擊性，給電力系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行帶來(lái)了巨大的威脅。倘若電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備中的任何一臺(tái)儀器設(shè)備遭受到了雷擊，其不僅會(huì)使得該儀器設(shè)備本身受到不同程度的破損，導(dǎo)致其無(wú)法正常運(yùn)行，還會(huì)嚴(yán)重危及該儀器設(shè)備周?chē)渌ㄖO(shè)施的安全，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)不必要的人員傷亡或重大用電安全事故，給人民群眾和電力企業(yè)帶來(lái)巨大的人員或經(jīng)濟(jì)損失。由此可見(jiàn)，為了確保電力系統(tǒng)能夠安全高效的運(yùn)行，電力企業(yè)一定要不斷強(qiáng)化自身對(duì)雷電種類(lèi)的了解程度，并從根本上弄清雷擊損壞電力系統(tǒng)配網(wǎng)儀器設(shè)備的原理，并結(jié)合本企業(yè)自身電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的特點(diǎn)，提出行之有效的、適合企業(yè)自身電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的防雷措施。因此本文將主要從雷電種類(lèi)、電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備因遭受雷擊而損壞的原理以及完善電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備防雷措施這三方面進(jìn)行探討，以期為業(yè)內(nèi)人士提供一定的幫助。

1 雷電種類(lèi)及雷擊損壞配網(wǎng)設(shè)備的原理

1.1 雷電種類(lèi)

自然界常見(jiàn)的雷電現(xiàn)象總共可分為以下幾類(lèi)：①直擊雷，其是指當(dāng)高出地面水平的物體在遭受到雷擊后所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度等同于空氣擊穿強(qiáng)度的這種強(qiáng)放電自然現(xiàn)象。一般情況下，直擊雷所產(chǎn)生的最強(qiáng)電壓值可高達(dá)上萬(wàn)伏，甚至是百萬(wàn)伏，其所產(chǎn)生的最強(qiáng)電流值可高達(dá)上萬(wàn)安培，有時(shí)甚至還可高達(dá)幾十萬(wàn)安培，具有極強(qiáng)的破壞力；②感應(yīng)雷，其主要可分為靜電型感應(yīng)雷和電磁場(chǎng)感應(yīng)雷兩種類(lèi)型，其中靜電型感應(yīng)雷指的是當(dāng)水平地面遭受到雷電攻擊后，位于該水平地面上的建筑物其頂端也會(huì)感受到雷電攻擊，并形成一部分異性電荷，而如若再有其他雷云或帶有不同異性電荷的雷云在該建筑物頂端聚集時(shí)，就會(huì)使得該部分異性電荷失去約束，從而以雷電波的形式在自然界中傳播，而經(jīng)過(guò)這種過(guò)程形成的雷電就被稱(chēng)為靜電型感應(yīng)雷；而電磁場(chǎng)感應(yīng)雷其指的是當(dāng)?shù)孛婊蚪ㄖ镌馐艿嚼纂姽艉螅谄渲車(chē)蜁?huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)圈，而該磁場(chǎng)圈則會(huì)使得其周?chē)慕饘賹?dǎo)體都帶有雷電壓的這種自然現(xiàn)象；③雷電入侵波，其指的是由于供電線(xiàn)路或金屬管道是良好的導(dǎo)體，所以其對(duì)雷電沖擊波會(huì)具有一定的傳播能力，從而導(dǎo)致雷電沖擊波能順著供電線(xiàn)路或金屬管道進(jìn)入建筑物的內(nèi)部，而造成一定的人員傷亡或家電儀器損壞的這種自然現(xiàn)象。

1.2 雷擊損壞電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的原理

由于感應(yīng)雷和雷電入侵波產(chǎn)生的電壓值可高達(dá)幾十萬(wàn)伏，因此其產(chǎn)生的正逆變換過(guò)電壓會(huì)使得配電變壓儀器設(shè)備出現(xiàn)絕緣擊穿事故，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)爆炸等重大安全用電事故。而之所以會(huì)出現(xiàn)正逆變換過(guò)電壓，其原理如下：①產(chǎn)生正變換過(guò)電壓的原理。雷電沖擊波入侵低壓供電線(xiàn)路之后，會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊波電流以通過(guò)配網(wǎng)變壓儀器設(shè)備的低壓繞組，與此同時(shí)其還會(huì)在高壓繞組上產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)能，從而導(dǎo)致高壓側(cè)中性位點(diǎn)的電位不斷上升，也在無(wú)形之中增大了高壓繞組的匝與匝之間或組與組之間的梯度電壓。像這種雷電沖擊波從低壓供電線(xiàn)路進(jìn)入，卻導(dǎo)致高壓供電線(xiàn)路出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)能的現(xiàn)象，被稱(chēng)之為正變換過(guò)電壓；②產(chǎn)生逆變換過(guò)電壓的原理。當(dāng)雷電沖擊波入侵10kV供電線(xiàn)路之后，就會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)配網(wǎng)儀器設(shè)備的避雷器發(fā)出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，與此同時(shí)其產(chǎn)生的沖擊波電流就會(huì)順勢(shì)通過(guò)接地電阻，并出現(xiàn)電力系統(tǒng)的壓降現(xiàn)象，而低壓繞組的中性位點(diǎn)若想承擔(dān)這一壓降現(xiàn)象，就必須不斷提高自身的電位；而當(dāng)該沖擊波電流通過(guò)三相低壓繞組時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與之相應(yīng)的磁通量，并根據(jù)該配網(wǎng)變壓儀器設(shè)備高壓繞組的實(shí)際匝數(shù)來(lái)確定其將要釋放的脈沖電勢(shì)能。由于高壓繞組的排列一般為星星形狀，再加上高壓側(cè)中性位點(diǎn)沒(méi)有安裝接地電阻，換言之高壓繞組中會(huì)一直存在脈沖電勢(shì)能，但并不存在沖擊波電壓，因此當(dāng)雷電沖擊波將高壓側(cè)中性位點(diǎn)絕緣擊穿時(shí)，隨之而來(lái)就可能會(huì)出現(xiàn)高壓繞組的匝與匝之間或組與組之間的絕緣擊穿現(xiàn)象。像這種雷電沖擊波從高壓供電線(xiàn)路進(jìn)入，再引發(fā)低壓繞組產(chǎn)生磁通量、高壓繞組產(chǎn)生沖擊波電壓的現(xiàn)象，被稱(chēng)之為逆變換過(guò)電壓。

2 電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的防雷措施

2.1 配網(wǎng)變壓儀器設(shè)備的防雷措施

完善配網(wǎng)變壓儀器設(shè)備的防雷措施，可從以下幾個(gè)方面入手：①將大型用電單位或企業(yè)的變壓儀器設(shè)備轉(zhuǎn)移至建筑物特設(shè)的配電室內(nèi)，并在該建筑物的頂端安裝相應(yīng)的避雷設(shè)備，以從根本上杜絕變壓儀器設(shè)備遭受雷擊的頻率；②按圖1所示的接線(xiàn)方式，對(duì)變壓儀器設(shè)備進(jìn)行單接地網(wǎng)的操作，與此同時(shí)在變壓儀器設(shè)備的高壓繞組和低壓繞組旁側(cè)安裝相應(yīng)的避雷設(shè)備，值得注意的是該方法需要將避雷設(shè)備的接地線(xiàn)路、變壓儀器設(shè)備低壓繞組的中性位點(diǎn)以及變壓儀器設(shè)備的金屬外殼這三點(diǎn)連接起來(lái)，并一起進(jìn)行接地操作；③安裝新型的、防雷型變壓儀器設(shè)備。在電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際過(guò)程中，電力企業(yè)可選擇安裝低壓繞組側(cè)有平衡繞組的防雷型變壓儀器設(shè)備，由于該防雷型變壓儀器設(shè)備改變了低壓繞組側(cè)的接線(xiàn)形式，這樣一來(lái)不僅可以降低接地電阻形成的沖擊波電壓，還會(huì)和低壓繞組內(nèi)的芯棒形成具有相反性質(zhì)的電磁場(chǎng)，以抵消雷擊形成的電磁場(chǎng)，進(jìn)而使其無(wú)法再對(duì)高壓繞組帶來(lái)負(fù)面影響，也就在無(wú)形之中避免了逆變換過(guò)電壓對(duì)配網(wǎng)變壓儀器設(shè)備帶來(lái)的危害。

圖1 單接地網(wǎng)、高低壓繞組側(cè)安裝避雷設(shè)備的接線(xiàn)方式

2.2 配網(wǎng)架空裸導(dǎo)線(xiàn)的防雷措施

對(duì)于配網(wǎng)架空裸導(dǎo)線(xiàn)的防雷措施，理論上可通過(guò)使用避雷型電線(xiàn)來(lái)解決，但由于該方法具有施工難度大、投資成本高的特點(diǎn)，使得該解決辦法的實(shí)際應(yīng)用范圍并不是十分廣泛。因此，現(xiàn)如今，對(duì)于配網(wǎng)架空裸導(dǎo)線(xiàn)的防雷措施，通常采用安裝避雷設(shè)備、加強(qiáng)桿塔接地等方法來(lái)完善其避雷效果。與此同時(shí)，配網(wǎng)架空裸導(dǎo)線(xiàn)的防雷措施還需要通過(guò)安裝相應(yīng)的防弧金具來(lái)實(shí)現(xiàn)，值得注意的是防弧金具在安裝時(shí)需要破壞絕緣導(dǎo)線(xiàn)的絕緣層。

2.3 配網(wǎng)絕緣導(dǎo)線(xiàn)的防雷措施

在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若要完善配網(wǎng)絕緣導(dǎo)線(xiàn)的防雷措施，可從以下幾個(gè)方面入手：①安裝防雷型絕緣子。對(duì)于10kV的絕緣導(dǎo)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，其通常不會(huì)采用避雷型電線(xiàn)來(lái)完善防雷措施，此時(shí)就可使用防雷型絕緣子來(lái)替換傳統(tǒng)的絕緣子，與此同時(shí)還可使用玻璃鋼制絕緣橫擔(dān)來(lái)替換傳統(tǒng)的鐵制非絕緣橫擔(dān)，以此提高防雷型絕緣子的防雷效果、降低防雷型絕緣子的工頻建弧率；②在配網(wǎng)絕緣導(dǎo)線(xiàn)供電線(xiàn)路內(nèi)設(shè)置專(zhuān)用的穿刺型防雷金具。穿刺型防雷金具是在雷電沖擊波可切斷供電線(xiàn)路的基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的，是一種可疏導(dǎo)雷電沖擊波的防雷型裝置，現(xiàn)如今其主要用于疏導(dǎo)可產(chǎn)生20kV以下電壓沖擊波的直擊雷或感應(yīng)雷。該穿刺型防雷金具可人為的將燃燒點(diǎn)轉(zhuǎn)移到別處，雖然其也會(huì)在一定程度上出現(xiàn)工頻短路的現(xiàn)象，但對(duì)于降低因供電線(xiàn)路燒毀而引發(fā)用電安全事故方面具有至關(guān)重要的作用，進(jìn)而確保電力系統(tǒng)能夠安全高效的運(yùn)行；③在配網(wǎng)絕緣導(dǎo)線(xiàn)供電線(xiàn)路內(nèi)設(shè)置專(zhuān)用的穿刺型避雷設(shè)備。如圖2所示，穿刺型避雷設(shè)備主要是由避雷設(shè)備主體、穿刺線(xiàn)夾以及適當(dāng)?shù)目諝忾g隙組成的，該穿刺型避雷設(shè)備的應(yīng)用可從根本上降低因接地線(xiàn)路短路而引發(fā)供電安全事故這類(lèi)事件的發(fā)生頻率。在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如若氧化物避雷設(shè)備因遭受雷擊而出現(xiàn)了破損，在這種情況下，不論其再次遭受的是直擊雷，又或者是感應(yīng)雷，都會(huì)直接將雷電沖擊波傳導(dǎo)到絕緣導(dǎo)線(xiàn)之上，進(jìn)而通過(guò)該穿刺型避雷設(shè)備的引導(dǎo)將燃弧點(diǎn)轉(zhuǎn)移到別處，從而從根本上降低因絕緣導(dǎo)線(xiàn)燒毀而引發(fā)供電線(xiàn)路短路這類(lèi)供電安全事故發(fā)生的頻率。由此可見(jiàn)，在實(shí)際電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備防雷措施的日常巡查工作中，一定要充分重視氧化物避雷設(shè)備的工作狀態(tài)，從根本上杜絕氧化物避雷設(shè)備因跳閘而無(wú)法發(fā)揮防雷作用的現(xiàn)象，進(jìn)而確保電力系統(tǒng)能夠安全高效的運(yùn)行。

圖2 穿刺型避雷設(shè)備組成圖

3 總結(jié)

由此可見(jiàn)，為了保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的可持續(xù)發(fā)展、保障人民群眾的正常起居、確保電力系統(tǒng)能夠安全高效的運(yùn)行下去，電力企業(yè)一定要不斷強(qiáng)化員工對(duì)雷電種類(lèi)的了解程度，積極探討分析因遭受雷擊而損壞配網(wǎng)設(shè)備的原理，并結(jié)合本企業(yè)電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的特點(diǎn)，不斷完善自身電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的防雷措施，從而降低供電線(xiàn)路因遭受雷擊而短路的頻率，并達(dá)到降低供電線(xiàn)路投資成本、降損的目的，從而促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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1004-7344（2016）29-0112-02

2016-9-28