輸電線路常用防雷措施介紹

輸電線路常用防雷措施介紹一、 提高絕緣配置提高線路絕緣水平是增強(qiáng)線路耐雷水平的一種辦法，通過提高線路的絕緣水平，可以提高絕緣子的U50雷電放電電壓，直接提高線路繞擊耐雷水平和反擊耐雷水平，這也是最為有效直接的方法。一般在多雷區(qū)（C1、C2）地區(qū)線路使用復(fù)合絕緣子時(shí)，干弧距離應(yīng)加長10%-15%。在滿足風(fēng)偏條件下，強(qiáng)雷區(qū)（D1、D2）線路使用復(fù)合絕緣子時(shí)，干弧距離應(yīng)加長20%，或綜合考慮在導(dǎo)線側(cè)加裝3-4片懸式絕緣子。二、 降低桿塔接地電阻根據(jù)輸電線路特征化參量排查發(fā)現(xiàn)桿塔接地電阻對(duì)桿塔發(fā)生雷擊跳閘事故是一個(gè)很重要指標(biāo)，當(dāng)接地電阻降低到5Q以內(nèi)時(shí)，雷擊塔頂時(shí)塔頂電位升高程度很低，絕緣子承受的過電壓較小，因此，線路桿塔的反擊耐雷水平提高到一個(gè)較高的水平，桿塔發(fā)生雷電反擊的概率進(jìn)一步下降，導(dǎo)致故障跳閘率降低。目前降低桿塔接地電阻的技術(shù)主要是傳統(tǒng)的物理降阻、化學(xué)降阻，也有近幾年的立體接地極降低接地電阻的新技術(shù)，在山區(qū)、高電阻率地區(qū)主要采用增加射線面積、增加垂直接地體、合理使用降阻劑和降阻模塊等方法。三、 加裝線路避雷器線路桿塔雷水平與三個(gè)重要因素有關(guān)，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強(qiáng)度和接地體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50%放電電壓是一定的，雷電流強(qiáng)度與地理位置和大氣條件相關(guān)，不加裝避雷器時(shí)，提高輸電線路耐雷水平往往是采用降低塔體的接地電阻，在山區(qū)，降低接地電阻是非常困難的，這也是輸電線路屢遭雷擊的原因。加裝避雷器以后，當(dāng)輸電線路遭受雷擊時(shí)，雷電流的分流將發(fā)生變化，部分雷電流從避雷線傳入相鄰桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當(dāng)雷電流超過一定值后，避雷器動(dòng)作。一部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相鄰桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。這種分流的耦合作用和避雷器的限壓作用將使導(dǎo)線電位升高，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進(jìn)行防雷的明顯特點(diǎn)。以往輸電線路防雷主要采用降低塔體接地電阻的方法，在.平原地帶相對(duì)較容易，對(duì)于山區(qū)桿塔，則往往在4個(gè)塔腳部位采用較長的輻射地線或打深井加降阻劑，以增加地線與土壤的接觸面積來降低電阻率，在工頻狀態(tài)下的接地電阻有所下降。但遭受雷擊時(shí)，因接地線過長會(huì)有較大的附加電感值，雷擊過電壓電壓的暫態(tài)分量會(huì)加在塔體電位，使塔體電位大大提升絕緣子串的閃絡(luò)，反而使線路的耐雷水平下降，因?yàn)榫€路避雷器具有鉗電位的作用，對(duì)接地電阻要求不嚴(yán)格，所以對(duì)于山區(qū)線路防雷更容易實(shí)現(xiàn)。而且線路避雷器是免維護(hù)的，當(dāng)線路避雷器的50%放電電壓小于85%的絕緣子串50%閃絡(luò)電壓時(shí)，保護(hù)的有效性超過了99.99%。四、減少地線保護(hù)角根據(jù)電氣幾何模型，減小避雷線的保護(hù)角，可以提高避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽性能，在相同幅值雷電流下可以減小導(dǎo)線的暴露距離，同時(shí)還可以減小可能發(fā)生的最大繞擊電流，這兩個(gè)因素使得線路繞擊跳閘率減小。減小保護(hù)角是國內(nèi)外公認(rèn)的降低輸電線路繞擊跳閘率的最直接有效的措施，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也表明小保護(hù)角的輸電線路繞擊跳閘率要相對(duì)低一些。日本在1000kV特高壓架空輸電線路上采用了負(fù)保護(hù)角技術(shù)。目前在我國，減小避雷線保護(hù)角這項(xiàng)技術(shù)也正在被多個(gè)線路運(yùn)行單位應(yīng)用于老線路防雷改造和新建線路防雷設(shè)計(jì)中。五、加裝塔頂避雷針圖5避雷針原理示意圖常規(guī)避雷針是“富蘭克林式”避雷針（有時(shí)稱為接閃器、接閃桿等）。其特點(diǎn)是通過引下線接入地下，與地面形成電位差，利用自身的高度，使電場強(qiáng)度增加到極限值的雷電云電場發(fā)生畸變，開始電離并下行先導(dǎo)放電；避雷針在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生尖端放電，形成向上先導(dǎo)放電;兩者會(huì)合形成雷電通路，隨之電流瀉入大地，使被保護(hù)物達(dá)到避雷效果。實(shí)際上，避雷針是引雷針，它可將比較靠近的雷電引來并將雷電電流通過自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避免保護(hù)對(duì)象直接遭雷擊?？煽乇芾揍樌帽芾揍樤趶?qiáng)電場作用下會(huì)引發(fā)形成上行先導(dǎo)放電的機(jī)理基礎(chǔ)之上，通過儲(chǔ)能元件激發(fā)更強(qiáng)的上行先導(dǎo)，做到更好的迎閃作用。而儲(chǔ)能元件的工作機(jī)理是當(dāng)天空中的有雷云產(chǎn)生時(shí)，雷云中的電荷密度很高（以負(fù)電荷為例，實(shí)際中也是以負(fù)電荷為主），主針尖上則會(huì)積聚大量的正電荷，儲(chǔ)能元件的上半球由于與主針是同一金屬連接，所以上半球會(huì)積聚大量的負(fù)電荷，而儲(chǔ)能元件下半球則是與接地網(wǎng)聯(lián)通，這樣就會(huì)在球隙上下形成地-負(fù)極的內(nèi)部電場，如圖5,內(nèi)部電場場強(qiáng)設(shè)置球隙觸發(fā)閾值，間隙被擊穿形成向空氣延伸的電弧轉(zhuǎn)化為上行雷，如此強(qiáng)的上行雷可以中和雷云中的云電荷或者主動(dòng)迎閃雷電下行先導(dǎo)，達(dá)到主動(dòng)防雷的最終目的。可控避雷針的特點(diǎn)：（1） 可控放電避雷針相比于普通避雷針，加強(qiáng)了主動(dòng)防雷機(jī)制，從而引雷效果、擊穿放電時(shí)間、擊穿電壓、保護(hù)半徑都有很多提升。引雷效果在相同保護(hù)范圍內(nèi)，引雷效果提升1倍以上，擊穿放電時(shí)間提升了12.2%，擊穿電壓降低了5.2%，保護(hù)半徑擴(kuò)大了1倍以上。（2） 可控放電避雷針確實(shí)起到了主動(dòng)防雷的作用，但是僅限于塔頭周圍的保護(hù)半徑（安全區(qū)）以內(nèi)，保護(hù)半徑以外避雷針無法起到主動(dòng)引雷的作用，被保護(hù)物保護(hù)失效。（3） 山谷、地形坡度對(duì)輸電線路和桿塔有一定的影響，線路更容易遭受雷擊?？绻染€路的谷深度越大，山谷深度越深，線路受雷電繞擊的概率越大。地形的坡度越大，線路受雷電繞擊的概率越大。因此綜合判斷，在山區(qū)地區(qū)，雷電環(huán)境復(fù)雜，影響因素眾多，導(dǎo)致避雷針的效果沒有得以體現(xiàn)。（4） 可控避雷針由于受到尺寸高度的限制，保護(hù)范圍較小，僅能保護(hù)桿塔周圍區(qū)域，因此，可控避雷針僅適用于小檔距線路桿塔（檔距大約在400m以內(nèi)）。六、加裝側(cè)向避雷針我國電兩應(yīng)用的側(cè)向避雷針主要有塔頭側(cè)針和避雷線側(cè)針兩種形式，通過在桿塔或避雷線上安裝水平側(cè)針，增強(qiáng)桿塔和避雷線對(duì)弱雷的吸引能力，增加保護(hù)范圍，以達(dá)到降低輸電線路繞擊率的目的。側(cè)向避雷針的工作原理如下：（1） 針型物比線型物更容易產(chǎn)生迎面先導(dǎo)去攔截下行先導(dǎo)，裝設(shè)側(cè)向避雷針可以加桿塔或避雷線的引雷能力。（2） 水平方向裝設(shè)避雷針能夠更加有效地吸引滲透至較低空間而發(fā)生繞擊的弱雷，有效降低線路繞擊率，同時(shí)又不會(huì)使線路發(fā)生反擊。（3） 在一個(gè)距內(nèi)的避擊線上，每間隔一個(gè)適當(dāng)?shù)木嚯x裝設(shè)水平短針后，可將保護(hù)范圍延伸至整個(gè)檔距。塔頭側(cè)針設(shè)有用于固定到橫擔(dān)上的安裝翼，安裝翼上設(shè)置錯(cuò)落的安裝孔，而且安裝使用的螺栓采用銅制螺栓，支撐桿和引雷針尖均作防腐處理，因此側(cè)向避雷針具有牢固可靠、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，而丑安裝孔是長條形的孔狀，可以輕松調(diào)整側(cè)向避雷針懸空部分的長度，適用不同電壓等級(jí)的輸電線路。七、架設(shè)耦合地線架設(shè)耦合地線是在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，在導(dǎo)線下方加設(shè)一條接地線，以提高線路的反擊耐雷水平、降低反擊跳閘率的一種防雷技術(shù)，一般應(yīng)用在接地電阻較高的線路中。根據(jù)架設(shè)的位置不同，架設(shè)耦合地線的技術(shù)分為兩類，一般把直接增設(shè)在線路導(dǎo)線下方的稱為直掛式耦合地線，平行架設(shè)在線路兩側(cè)（或一側(cè)）的稱為側(cè)向耦合地線。（一）基本原理架設(shè)耦合地線提高線路反擊耐雷水平的機(jī)理包括兩個(gè)方面：一方面耦合地線可以增加導(dǎo)線和地線之間的耦合作用，雷擊塔頂時(shí)在導(dǎo)線上產(chǎn)生更高的感應(yīng)電壓，從而減小絕緣子串承受的沖擊電壓；另一方面耦合地線可以降低桿塔的分流系數(shù)，特別是在接地電阻較高時(shí)，可使雷電流易于通過鄰近桿塔的接地裝置散流，從而降低塔頂電位。在220kV雙避雷線線路上架設(shè)耦合地線后，耦合系數(shù)為0.275增加到0.364,分流系數(shù)也可以達(dá)到8%-21.5%（接地電阻在16Q-100Q范圍內(nèi)）。通過對(duì)全國耦合地線的安裝塔位觀察得知，架設(shè)耦合地線起到了較好的防雷效果。我國不少地區(qū)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也表明，在高土壤電阻率地區(qū)的輸電線路上架設(shè)耦合地線，效果很好，可根據(jù)具體條件考慮采用。（二）適用范圍及注意事項(xiàng)（1） 耦合地線是一種反擊防護(hù)措施，其可增加導(dǎo)線與地線之間的耦合作用，同時(shí)典有分流作用。（2） 在滿足桿塔機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)線對(duì)地距離的情況下，可根據(jù)地形地貌采用架設(shè)耦合地線技術(shù)。（3） 實(shí)際應(yīng)用中，考慮耦合地線被盜嚴(yán)重應(yīng)慎重選用：對(duì)于已架設(shè)耦合地線的線路則應(yīng)加強(qiáng)巡視和維護(hù)。八、加裝絕緣子并聯(lián)間隙架空線路現(xiàn)有的防雷措施有架設(shè)避雷線、降低桿塔接地電阻、加強(qiáng)絕緣、安裝線路型避雷器、采用不平衡絕緣和加裝耦合地線等。采用線路防雷措施的主要目的是盡可能地提高線路的耐雷水平，減少雷擊跳閘率。可以把這些防雷措施歸納為“堵塞型”防雷措施，線路防雷措施除了以上防雷措施外還有一種“疏導(dǎo)型”防雷措施一一絕緣子并聯(lián)間隙（簡稱并聯(lián)間隙）。并聯(lián)間隙防雷的核心思想是在雷擊跳閘率允許范圍內(nèi)，采用間隙裝置與絕緣子（串）并聯(lián)，雷電在間隙處閃絡(luò)，疏導(dǎo)工頻電弧，保護(hù)絕緣了免于電弧灼燒，提高重合閘成功率，減小雷擊山區(qū)線路時(shí)運(yùn)行維護(hù)的工作量（巡線和換絕緣子）。并聯(lián)間隙的防雷保護(hù)原理為：在絕緣子（串）兩端并聯(lián)一對(duì)金屬電極，構(gòu)成并聯(lián)保護(hù)間隙，通常并聯(lián)間隙距離小于絕緣子（串）的長度。架空輸電線路遭受雷擊時(shí)，因并聯(lián)間隙的雷電沖擊放電電壓低于絕緣子（串）的放電電壓，并聯(lián)間隙首先放電。接續(xù)的工頻電弧在電動(dòng)力和熱應(yīng)力作用下，通過并聯(lián)間隙所形成的放電通道，引至并聯(lián)間隙電極端部，弧根固定在并聯(lián)間隙電極端部，并聯(lián)間隙在絕緣了上的布置應(yīng)合理，并聯(lián)間隙的安裝使用應(yīng)滿足以下條件：（1） 對(duì)于直線塔的懸垂串，并聯(lián)間隙電極盡量順導(dǎo)線布置。對(duì)于直線塔的瓷（玻璃）絕緣子串或復(fù)合絕緣子，為避免電弧引起的相間或相對(duì)側(cè)梁短路，瓷（破璃）絕緣子串用并聯(lián)間隙電極端部盡量順導(dǎo)線放置。環(huán)型并聯(lián)間隙電極可代替均壓環(huán)，電極環(huán)徑應(yīng)符合均壓環(huán)的要求。（2） 耐張絕緣了串的并聯(lián)間隙，僅在絕緣了串向上的一側(cè)安裝并聯(lián)間隙電極。對(duì)于耐張絕緣串上的電弧，在熱動(dòng)力和電動(dòng)力共同作用下，電弧會(huì)向上飄移。因此對(duì)于耐張絕緣子串的并聯(lián)間隙，僅在絕緣子串向上的一側(cè)安裝并聯(lián)間隙電極，以保證起弧點(diǎn)在耐張串上方，這樣電弧在向上運(yùn)動(dòng)的過程中就不會(huì)掠過耐張串絕緣子。（3） 同塔多回線路耐張串安裝并聯(lián)間隙。同塔雙回耐張塔的導(dǎo)線一般都成垂直排列，上方導(dǎo)線的跳線距下面橫擔(dān)的距離相對(duì)較近。若在同塔雙回耐張