馬金龍　胡成龍

摘要：雷電原本就是約束超高壓輸電工作安全和可靠性的核心因素，畢竟借由其引發(fā)的線路故障，已經(jīng)占據(jù)事故總體數(shù)量的六成，尤其是在 500 kV 以上電壓等級的輸電線路之中，雷電導(dǎo)致的跳閘幾率非常之高，因此可以被理解為限制超高壓輸電線路正常工作結(jié)果的核心因素。所以說，今后處理超高壓輸電防雷工作的重點(diǎn)，便是全面遏制雷電繞擊隱患，提升防繞擊能效，該類結(jié)果對于今后我國電力系統(tǒng)整體運(yùn)行安全穩(wěn)定性，有著決定性意義。

關(guān)鍵詞：超高壓;輸電線路;防雷技;研究應(yīng)用

前言：

雷電是影響輸電線路可靠性的首要因素，在我國，超高壓輸電線路雷擊事故占線路總跳閘事故40%～70% 。雷電活動具有明顯的地域性和氣候性，與當(dāng)?shù)乩纂娀顒犹匦?、微地形、微氣候等因素有關(guān)。在現(xiàn)有防雷技術(shù)較為廣泛研究基礎(chǔ)上，本文以500kV輸電線路雷擊故障為實(shí)例，并結(jié)合目前的防雷措施，提出超高壓輸電線路切實(shí)可行的防繞擊策略。

1超高壓輸電線路雷擊事故實(shí)例分析

在此主要將500kV的超高壓輸電線路作為研究對象，在尚未發(fā)生雷擊事故前期，透過檢驗(yàn)認(rèn)證輸電線路運(yùn)行十分正常，尚未衍生任何不良事故現(xiàn)象。大約是在2016年5月10日23時15分30秒，研究的500kV超高壓輸電線路中的B相突然跳閘，重合閘成功。而其所屬電站存在兩類動作痕跡，主一保護(hù)測距距離該站有15千米左右，而主二保護(hù)測站距離電站為17千米，至于電站行波測距則距該類電站40千米。雷電定位系統(tǒng)清晰地定位到跳閘時刻并且證明周邊存在落雷跡象。在獲悉因雷擊而引發(fā)跳閘故障的信息時，輸電所在第一時間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行完成信息校驗(yàn)分析任務(wù)，主要是聯(lián)合當(dāng)時現(xiàn)場天氣狀況和雷電電位系數(shù)等進(jìn)行細(xì)致對比認(rèn)證，確定日后重點(diǎn)巡視的區(qū)位段，并且在第二日大范圍地布置拓展故障特訓(xùn)活動。經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)，1塔B相存在極為顯著的雷擊閃絡(luò)痕跡，塔1地線放電間隙的放電痕跡較為輕微。

2超高壓輸電線路防雷技術(shù)的內(nèi)容

2.1可控放電避雷針

當(dāng)可控放電避雷針安裝處附近的地面電場強(qiáng)度較低時（如雷云離可控針及被保護(hù)對象距離較遠(yuǎn)等情況），雷云不會對地面物體發(fā)生放電，此時可控放電避雷針針頭的貯能裝置處于貯藏雷云電場能量工況，由于動態(tài)環(huán)的作用，針頭上部部件（動態(tài)環(huán)和主針針尖）處于電位浮動狀態(tài)，與周圍大氣電位差小，因此幾乎不發(fā)生電暈放電，即保證了在引發(fā)前針頭附近的空間電荷很少的要求^[1]。當(dāng)雷云電場上升到預(yù)示它可能發(fā)生對可控針及周圍被保護(hù)物發(fā)生雷閃時，貯能裝置立即轉(zhuǎn)入釋能工況，這一轉(zhuǎn)變使主針針尖的電場強(qiáng)度不再被動態(tài)環(huán)限制，針尖電場瞬間上升數(shù)百倍，使針尖附近空氣迅速放電，形成很強(qiáng)的放電脈沖，因沒有空間電荷的阻礙，該放電脈沖在雷云電場作用下快速向上發(fā)展形成上行先導(dǎo)，去攔截雷云底部先導(dǎo)或進(jìn)入雷云電荷中心。如果第一次脈沖引發(fā)不成上行先導(dǎo)，貯能裝置即又進(jìn)入貯能狀態(tài)，同時使第一次脈沖形成的空間電荷得以消散，準(zhǔn)備第二次脈沖產(chǎn)生。如此循環(huán)總能成功地引發(fā)上行雷。

2.2線路型金屬氧化物避雷器

為了減少輸電線路的雷擊故障，采用了各種措施。如減小避雷線的屏蔽角，提高線路絕緣水平，降低桿塔接地電阻，多重屏蔽，加裝耦合地線雙回輸電線路采用不平衡絕緣等。但采用減小屏蔽角的方法將受到桿塔結(jié)構(gòu)的限制，提高絕緣水平將增加線路造價，而且受到桿塔結(jié)構(gòu)及走廊寬度的限制。對于新建線路，減小輸電線路的雷擊故障一般方法是盡量減小避雷線的屏蔽角，降低桿塔接地裝置的接地電阻。而在高土壤電阻率地區(qū)降低桿塔接地電阻存在較大的困難。為了減少線路的雷擊事故，提高供電可靠性，提出了在線路上安裝金屬氧化物避雷器來減少線路雷擊事故的方法。自1980年開始，國外開展了應(yīng)用避雷器來降低線路雷擊事故的研究，并已成功地將避雷器應(yīng)用到輸電線路上。理論計算分析和實(shí)踐都證明，將線路避雷器應(yīng)用到線路雷電活動強(qiáng)烈或土壤電阻率高、降低接地電阻有困難的線段，可以較大地提高線路的耐雷水平。

3超高壓輸電線路防雷技術(shù)應(yīng)用

3.1可控放電避雷針在高壓輸電線路的防雷保護(hù)應(yīng)用

在超高壓輸電線路上的塔頂裝設(shè)可控避雷針符合傳統(tǒng)防雷理論，由于線路弧垂使中間段保護(hù)角小于近桿塔段，加之桿塔位置也比較高，繞擊多發(fā)生在近桿塔段。在桿塔塔頂安裝避雷針后，桿塔附近的雷將會落在避雷針上，通過桿塔入地，減少了線路遭繞擊的概率，安裝避雷針后桿塔落雷幾率將增大，繞擊減少而增加了反擊的機(jī)會，但由于裝設(shè)可控放電避雷針后雷電流幅值小。可控放電避雷針的保護(hù)特性明顯優(yōu)于富蘭克林避雷針，就主要參數(shù)繞擊概率和保護(hù)范圍而言，令人滿意。①可控放電避雷針有一個相當(dāng)大的幾乎不遭受繞擊的保護(hù)區(qū)域。例如當(dāng)繞擊概率不大于0.001%時（顯然在這樣的繞擊概率下，被保護(hù)對象遭繞擊的可能性是相當(dāng)小的）保護(hù)角高達(dá)55°。②當(dāng)被保護(hù)對象遭受繞擊概率允許達(dá)到0.1%（目前規(guī)程規(guī)定允許值）時，可控放電避雷針的保護(hù)角達(dá)66.4°，而富蘭克林避雷針的保護(hù)角遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此值。在可控放電避雷針和傳統(tǒng)避雷針的對比試驗(yàn)中，從可控放電避雷針的針頭可以清楚地看到一段較長的放電軌跡，這說明在這里有向上發(fā)展的先導(dǎo)，而在富蘭克林避雷針上的放電軌跡上則見不到這一明顯軌跡，可控放電避雷針就是靠產(chǎn)生向上放電來減少繞擊和增大保護(hù)角的^[2]。可控放電避雷針特別適合高壓輸電線路的防雷，通過對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：可控放電避雷針的引雷能力比傳統(tǒng)避雷針強(qiáng)得多，而且有較大的保護(hù)角，這樣就可以降低輸電線路的繞擊率。

3.2線路型金屬氧化物避雷器在高壓輸電線路的防雷保護(hù)應(yīng)用

如果能夠確定某個桿塔的雷電事故是由雷電繞擊引起的，則只在雷電繞擊的相導(dǎo)線上安裝避雷器就能確保在保護(hù)范圍內(nèi)不會出現(xiàn)線路的雷擊閃絡(luò)事故。對于山坡上的桿塔，一般是外側(cè)線路容易繞擊，則只在外側(cè)相導(dǎo)線上安裝線路避雷器。對于山頂或平地區(qū)域的線路桿塔，則繞擊出現(xiàn)在邊相，因此應(yīng)在兩側(cè)安裝線路避雷器。特別注意：如果基于防繞擊目的的桿塔避雷線或桿塔遭受雷擊，則沒安裝避雷器的相導(dǎo)線可能會發(fā)生閃絡(luò)。避雷器不僅可以防止繞擊，還能有效防止反擊事故發(fā)生。線路安裝避雷器后，可以大大提高線路耐雷水平。根據(jù)具體線路段的實(shí)際雷電活動強(qiáng)度及土壤電阻率及對線路耐雷水平的要求，可以確定是不安裝避雷器、安裝一只避雷器還是安裝三只避雷器。對于220kV線路，如果桿塔的沖擊接地電阻在40Ω以下，則在雷電活動強(qiáng)烈區(qū)域的桿塔上安裝一組避雷器，線路都能耐受180kA的雷電流的作用而不發(fā)生線路閃絡(luò)。當(dāng)桿塔沖擊接地電阻大于40Ω時，線路不能耐受180kA以上的雷電流^[3]。為了進(jìn)一步提高線路的耐雷水平，可以在相鄰的桿塔再各裝一組避雷器，這時在沖擊接地電阻大于40Ω時，線路則能耐受300kA以上的雷電流。500kV線路在雷電活動強(qiáng)的地區(qū)安裝一組避雷器，即使桿塔沖擊接地電阻達(dá)40Ω，耐雷水平也能達(dá)350kA，即裝一組避雷器基本上能滿足線路防雷要求。但由于價格和運(yùn)行維護(hù)等方面的原因，不主張在500kV及以上電壓等級的線路上安裝避雷器。

總結(jié)：

（1） 加強(qiáng)對輸電線路耐雷特性計算方法的研究及提高其防雷性能的研究，改進(jìn)現(xiàn)有規(guī)程推薦的計算方法。（2） 可控放電避雷針特別適合高壓輸電線路的防雷，有較大的保護(hù)角，這樣就可以降低輸電線路的繞擊率。（3） 將線路避雷器應(yīng)用到線路雷電活動強(qiáng)烈或土壤電阻率高、降低接地電阻有困難的線段，可以較大地提高線路的耐雷水平。

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