簡(jiǎn)義重

摘 要：輸電線路的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行中，要充分地考慮到雷電災(zāi)害對(duì)線路有可能產(chǎn)生的影響?；诖耍疚氖紫冉榻B了雷電災(zāi)害對(duì)于輸電線路對(duì)影響以及影響產(chǎn)生的原因;其次，分析了輸電線路的設(shè)計(jì)要點(diǎn);最后，通過案例探究的方式，研究了在實(shí)際的線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，防雷技術(shù)的具體實(shí)施。

關(guān)鍵詞：防雷技術(shù);環(huán)境保護(hù);輸電線路;雷電定位

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0189-02

0 引言

雷電是自然界中一種比較常見的現(xiàn)象，其危害性較大，若不能加以有效防治，會(huì)對(duì)樹木、建筑和電力線路等造成損害。目前，世界范圍內(nèi)大部分的國家和地區(qū)，都已經(jīng)發(fā)展起了較為成熟的防雷技術(shù)措施，并在輸電線路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中加以有效運(yùn)用。本文就輸電線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的防雷措施進(jìn)行了更進(jìn)一步研究，結(jié)合線路規(guī)劃實(shí)際情況，提出了更具有針對(duì)性的問題解決方法。

1 雷電災(zāi)害對(duì)輸電線路的影響與原因分析

1.1 影響

對(duì)于輸電線路而言，雷電災(zāi)害會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，且損壞具有明顯的電壓高和破壞力大的問題。導(dǎo)致輸電線路受到強(qiáng)力打擊的主要原因是雷電為瞬時(shí)間形成，且整體壓力大。當(dāng)系統(tǒng)線路受到雷電打擊之后，通電設(shè)備的問題會(huì)有持續(xù)顯著的提高特征，最終導(dǎo)致設(shè)備的元件受損，甚至產(chǎn)生了停電的現(xiàn)象[1]。當(dāng)前，國內(nèi)供配電系統(tǒng)內(nèi)使用的元件均有顯著的脆弱和敏感的特征，當(dāng)受到雷電打擊之后，這一缺點(diǎn)會(huì)被無限放大，并對(duì)后續(xù)的系統(tǒng)運(yùn)行操作都產(chǎn)生重大破壞，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)整體癱瘓的情況發(fā)生。

1.2 原因

1.2.1 自然原因

自然環(huán)境和地理位置等因素，是造成輸電線路受到雷擊損壞的主要原因。我國山區(qū)面積較大，各個(gè)地區(qū)的地理因素差異性較為突出。山區(qū)氣候條件整體陰晴不定，容易誘發(fā)雷擊情況。大部分的山區(qū)內(nèi)部都有較為密集的樹木，在雷雨天氣發(fā)生之時(shí)，當(dāng)?shù)氐妮旊娋€路容易受到影響。

1.2.2 桿塔因素

云層部位具有聚集電子能量而產(chǎn)生電荷的特征，當(dāng)電荷能量直接傳達(dá)到地面之后，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的雷擊情況。輸電線路的桿塔較高，承擔(dān)著地面和電荷連接的重要作用。加之，瞬時(shí)產(chǎn)生的電壓有極強(qiáng)的穿透性，且桿塔本身的防御能力并不足以抵擋雷擊。此外，在桿塔建設(shè)中，若兩個(gè)桿塔之間的距離較近，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，比較容易產(chǎn)生分流的情況，這一現(xiàn)象也是導(dǎo)致輸電線路受到損壞的主要原因。

1.2.3 避雷線因素

避雷線的位置也會(huì)影響到輸電線路的安全性。因?yàn)楸芾拙€本身的保護(hù)能力較為有限，如果超出了這一范圍，實(shí)際避雷的作用并不能得以有效發(fā)揮。保護(hù)角的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合輸電線路所在區(qū)域的雷電作用，縮小保護(hù)角設(shè)備范圍，以此擴(kuò)大保護(hù)效果。此外，在輸電線路運(yùn)行中，輸電線路本身的防雷作用還會(huì)受到多種因素的影響。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)防雷保護(hù)弱化的情況下，則難以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路雷電繞擊的防御，同樣也會(huì)引發(fā)跳閘問題的發(fā)生。

2 輸電線路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 環(huán)境保護(hù)要點(diǎn)

輸電線路防雷設(shè)計(jì)要充分地考慮到基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)和桿塔設(shè)計(jì)對(duì)于周圍環(huán)境造成對(duì)于影響。例如，在部分山區(qū)輸電線路本身的布設(shè)會(huì)存在復(fù)雜性，施工過多會(huì)對(duì)周圍環(huán)境地形地貌、土壤和植被等造成破壞，甚至?xí)a(chǎn)生水土流失的現(xiàn)象。因此，工作人員要在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，認(rèn)真做好地質(zhì)勘查和地形測(cè)繪，配合高低主柱，達(dá)到降低山區(qū)棄土總量的效果[2]。

2.2 防雷技術(shù)要點(diǎn)

在對(duì)輸電線路進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)中，要明確避雷線的設(shè)計(jì)是高壓輸電線路避雷的重要手段。因?yàn)楸芾拙€能有效地防止雷電打擊過于集中，且還可以進(jìn)行分流，從而降低桿塔上經(jīng)過電流的總量。因?yàn)榫€避雷器的使用可有效降低避雷方法，所以，在進(jìn)行避雷器選擇中，要考慮到線路本身的需求。例如，針對(duì)部分橫跨范圍較廣的高壓輸電線，其停電事故發(fā)生概率較高，因此，要做好相應(yīng)的防雷工作[3]。

2.3 絕緣水平要點(diǎn)

輸電線路的防雷能力和絕緣能力成正比例關(guān)系，若想提升線路絕緣能力，就要真正做好線路零值絕緣子。在進(jìn)行設(shè)計(jì)中，要根據(jù)工程項(xiàng)目?jī)?yōu)化選擇絕緣子，突出絕緣子輕量、質(zhì)優(yōu)和穩(wěn)定的特征。

2.4 智能化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在規(guī)劃設(shè)計(jì)輸電線路中，要充分地考慮到，現(xiàn)代化的發(fā)展階段，輸電線路設(shè)計(jì)以及高科技手段，可以有機(jī)地結(jié)合起來。這種方式下，能夠逐漸構(gòu)建起智能化、現(xiàn)代化層次較高的高壓輸電線路。在深入研究之后，有利于形成智能化水平更高的高壓電網(wǎng)，而且其本身智能化高壓電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)與自我防御監(jiān)控，最終提升系統(tǒng)安全性，通過輸電線路進(jìn)行的電力輸送也會(huì)更加穩(wěn)定。

3 輸電線路設(shè)計(jì)方案與運(yùn)行中防雷技術(shù)措施應(yīng)用

3.1 案例概述

S省位于我國東部沿海地區(qū)，其三面環(huán)海，中部地區(qū)凸起，整體地形較為復(fù)雜，不僅包括了高低起伏的丘陵、還有黃河沖擊而成的平原地區(qū)，且還有一部分湖造和洼地。據(jù)調(diào)查，S省中部地區(qū)的雷暴天氣較多，東部和西部較少，全年雷暴天氣在30天以上。通過分析可以看出，當(dāng)?shù)氐睦妆┨鞖馀c自然地理環(huán)境有著十分密切的關(guān)聯(lián)。因此，在進(jìn)行輸電線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工運(yùn)行中，相關(guān)部門的工作人員要充分地關(guān)注到防雷技術(shù)運(yùn)用，加強(qiáng)對(duì)輸電線路的保護(hù)[4]。

3.2 雷電定位監(jiān)測(cè)

通過分析S省當(dāng)?shù)氐匦蔚孛惨约皻夂蛱卣鞯姆绞?，可以繪制出具體的雷電多發(fā)地區(qū)的位置圖，從而對(duì)雷電和輸電線路的影響范圍及區(qū)域進(jìn)行分析判斷。但是若想更加精準(zhǔn)地判斷雷電的范圍，需要構(gòu)建雷電定位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且提供差異化的防雷技術(shù)資料，以此完成故障桿塔的精準(zhǔn)定位。

例如，S省電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合氣象監(jiān)管部門的工作人員，共同構(gòu)建了LLS型號(hào)的雷電定位系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雷電活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是一種具有范圍廣、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性和精密性強(qiáng)的新型系統(tǒng)發(fā)展工具，并且還可以在具體的規(guī)劃建設(shè)過程中，精準(zhǔn)地定位雷電發(fā)生的位置和時(shí)間，對(duì)波形、回?fù)舸螖?shù)、極性和電流參數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)的輸電線路防雷技術(shù)措施應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

LLS雷電定位系統(tǒng)主要包括了三個(gè)組成部分：

（1）數(shù)字探測(cè)站。主要是通過采集、識(shí)別和處理的方式，發(fā)送雷電電磁輻射信號(hào)，并將其波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于其他環(huán)節(jié)的調(diào)用，數(shù)字探測(cè)站可以被視為是雷電定位系統(tǒng)的核心部分。（2）中心數(shù)據(jù)處理與分析。主要是接收各類與雷電有關(guān)的信息，并采取分析和處理的方式，完成數(shù)據(jù)信息的協(xié)調(diào)處理。這一系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雷電系統(tǒng)供電定位分析，完成數(shù)據(jù)的相關(guān)性研究。（3）用戶系統(tǒng)。用戶系統(tǒng)主要將電網(wǎng)當(dāng)中包括地理信息、電網(wǎng)和雷電信息等在內(nèi)的各項(xiàng)信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中計(jì)算的軟件系統(tǒng)。

3.3 仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.3.1 平臺(tái)選擇

對(duì)于輸電線路的防雷操作而言，常用的仿真軟件主要包括了MATLAB、ATP和EMTDC等防雷仿真軟件。在經(jīng)過了相關(guān)需求分析和技術(shù)檢驗(yàn)之后，工作人員提出，無論是變電環(huán)節(jié)還是輸配電環(huán)節(jié)，應(yīng)用效果最好的為ATP電磁暫態(tài)軟件計(jì)算系統(tǒng)。這一系統(tǒng)作為全網(wǎng)分布最廣且應(yīng)用效果最高的軟件之一，其優(yōu)點(diǎn)十分突出，且能完成任意線路的模型的構(gòu)建。

3.3.2 仿真模型

在選擇好輸電線路模擬仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)之后，需要根據(jù)雷電打擊情況，構(gòu)建相應(yīng)的仿真設(shè)計(jì)模型，為開展優(yōu)質(zhì)的仿真分析奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。從實(shí)際測(cè)試的角度機(jī)型分析，并不能精準(zhǔn)地判斷出雷電電能釋放的規(guī)律，但是，采取科學(xué)試驗(yàn)的方法，可以在分析了最大上升率、頻譜圖、幅值等數(shù)據(jù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，明確地判斷出雷電電流相關(guān)參數(shù)，并建立更為精準(zhǔn)的仿真數(shù)據(jù)模型。根據(jù)S省的實(shí)際情況，可得出，構(gòu)建多波阻抗模型能達(dá)到較好的效果。這一模型的優(yōu)勢(shì)在于，計(jì)算方法相對(duì)簡(jiǎn)單，而且在實(shí)際計(jì)算中，并不需要考慮桿塔雷電波的過程，最終得出的結(jié)論符合實(shí)際情況。此外，應(yīng)用這種模式不會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，模型計(jì)算的精準(zhǔn)度更高。

公式當(dāng)中的rek表示的是等效半徑，hk表示的是基礎(chǔ)平面與各橫擔(dān)面的高度。

3.3.3 仿真分析

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以得出，一般情況下，接地電阻會(huì)對(duì)桿塔的雷電打擊做出較為明顯的反應(yīng)，并且雷電桿塔受到影響的情況下，輸電線路接地電阻會(huì)超過設(shè)計(jì)值，接地引下線斷裂也會(huì)使得接地電阻變得無窮大，這一情況會(huì)嚴(yán)重地影響到桿塔和導(dǎo)線之間的電勢(shì)差。當(dāng)電勢(shì)差較大且超過了絕緣子閃絡(luò)電壓的情況下，電路內(nèi)部會(huì)因此出現(xiàn)故障跳閘的問題。通過仿真設(shè)計(jì)的方式，能有效地改變桿塔接地電阻的雷擊過程計(jì)算方式，完成桿塔接地電阻和耐雷水平關(guān)系的定量分析。

3.4 防雷技術(shù)應(yīng)用

3.4.1 降低接地電阻

S省的500kV線路中的II線是當(dāng)?shù)剡@一高壓輸電線路當(dāng)中雷擊較高的故障線路，因?yàn)榫€路本身的輸送功率較大，所以一旦受到雷電打擊的影響，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)整體的運(yùn)行出現(xiàn)較為明顯的運(yùn)行問題。在具體操作中，工作人員提出，S省山區(qū)的輸電線路接地電阻不能超過15Ω，平原地區(qū)的接地電阻不能超過7Ω。據(jù)此，可根據(jù)接地電阻改造的方式，將全部鐵塔9基改造變成雷擊跳閘故障，改造方式仍可采用原本的離子接地體作為垂直接地的方案。

3.4.2 安裝可控避雷針

根據(jù)S省輸電線路所在區(qū)域的雷電活動(dòng)特征可以得出，通過考慮可控避雷針有效保護(hù)范圍，能夠掌握繞擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)為D級(jí)，并且檔距不超過800米。在明確了這一規(guī)格參數(shù)之后，可以在對(duì)應(yīng)的鐵塔塔頭安裝可控避雷針設(shè)備，共計(jì)鐵塔20基，每種型號(hào)的鐵塔基安裝數(shù)量均為2組，采取塔頭安裝的方式。

3.4.3 安裝線路避雷器

除了上述方法外，輸電線路在運(yùn)行中的防雷技術(shù)措施還包括了安裝線路避雷器的措施。S省輸電線路中II線部分的主要風(fēng)險(xiǎn)為繞擊風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)此，要加強(qiáng)對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)問題的處理。可控避雷針的保護(hù)范圍有一定限制，當(dāng)檔距超過800米時(shí)，則不適合安裝這種類型的避雷器?？紤]到繞擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)為D級(jí)，則安裝避雷器設(shè)備會(huì)存在具體的塔號(hào)以及安裝數(shù)量。

3.5 應(yīng)用效果分析

自從2013年開始，S省正式開始落實(shí)停電檢修與防雷措施，在對(duì)此后5年之內(nèi)的輸電線路雷電災(zāi)害調(diào)查工作中，僅有1例因?yàn)槔纂娎@擊而產(chǎn)生的跳閘故障問題，且運(yùn)行部分避雷器設(shè)備的動(dòng)作發(fā)生的次數(shù)出現(xiàn)了較為明顯的變化，從初始設(shè)置的0次變成了6次。由此可得，避雷器的應(yīng)用起到了良好的防雷效果，其差異化防雷措施，實(shí)際有效性十分顯著。

4 結(jié)語

綜上所述，無論是在輸電線路的設(shè)計(jì)過程中還是在線路實(shí)際運(yùn)行，都需要充分加強(qiáng)防雷管理。通過引入技術(shù)、資金和人才等多種不同的方式，真正地做好防雷監(jiān)測(cè)以及雷電來臨之前的預(yù)防和準(zhǔn)備工作。通過這種方式，可以選擇出更適合的材料，確保在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)行管理中，都能真正做好防雷技術(shù)管理和運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作，真正做好防控管理，保證電力系統(tǒng)的整體性和安全性。

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