第4講-雷擊跳閘的防治措施(一)

線路運行與檢修第四講雷擊跳閘的防治措施（一）1復(fù)習(xí)：雷擊閃絡(luò)的特征是什么？雷擊跳閘的電壓等級、地區(qū)、季節(jié)、地形、桿塔特點。如何判別閃絡(luò)的類別？如何分辨雷擊故障的類型？

本學(xué)時待解決問題：雷擊跳閘的防治措施2第四講雷擊跳閘的防治〇、雷害防治措施綜述一、架設(shè)避雷線二、降低桿塔接地電阻三、架設(shè)耦合地線四、安裝線路避雷器3〇、雷害防治措施綜述1、組織措施線路防雷工作是線路工作的重中之重，生產(chǎn)運行單位應(yīng)結(jié)合秋檢、冬檢，認(rèn)真分析雷害故障原因，總結(jié)、統(tǒng)計、分析線路歷年雷害故障及防雷措施應(yīng)用效果，結(jié)合線路歷年運行經(jīng)驗和沿線地形、地貌、地質(zhì)、地勢，在逐步摸清或劃定雷電易擊點桿塔和多雷區(qū)段區(qū)域的基礎(chǔ)上，因地制宜地采取措施。

2、技術(shù)措施要進行經(jīng)濟性比較。在確定線路的防雷方式及措施時，應(yīng)根據(jù)下列條件來選擇．線路的重要程度、地形地貌的特點、雷電活動的強弱、土壤電阻率的高低、已有的運行經(jīng)驗等。綜合分析并進行經(jīng)濟技術(shù)比較后，采取合適的防雷保護措施。

4架設(shè)避雷線是輸電線路最普遍、最基本的防雷措施，其防雷保護作用是降低線路絕緣所承受的過電壓幅值。當(dāng)雷電直擊于線路時，線路避雷線將雷電流引入大地，由于接地電阻各地點大小不同，因而會在桿塔頂造成不同的電位。

一、架設(shè)避雷線51、對于感應(yīng)雷電壓

雷云放電將引起線路感應(yīng)過電壓Ug，Ug與主放電電流幅值I

及掛線高hd

成正比，與雷擊點的距離成反比．無避雷線的線路感應(yīng)雷電壓為:一、架設(shè)避雷線61、對于感應(yīng)雷電壓當(dāng)有避雷線時，對導(dǎo)線就有屏蔽作用。雷電波在避雷線中傳播時，與避雷線平行的導(dǎo)線在避雷線的電壓波磁場內(nèi)，由于耦合作用獲得一定的電位U2，其值為導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓

U2=KU故線路上的總的感應(yīng)電壓為：由于屏蔽效應(yīng)，感應(yīng)電壓降低了（1－K）倍一、架設(shè)避雷線71、單根避雷線保護范圍用保護角表示，且隨線路呈帶狀分布。由作圖法確定，

其步驟如下。(l）由避雷線向下作與其鉛垂面成25o的斜面構(gòu)成上部空間。（2）在h/2處轉(zhuǎn)折，與地面上水平距離為h的直線端相連的斜面構(gòu)成下部空間。(3）空間中高度為hx的水平面即為對應(yīng)的避雷線兩側(cè)保護范圍的寬度。一、架設(shè)避雷線81、單根避雷線保護范圍 水平：hx≥h/2時，保護寬度為：

rx=0.47（h-hx)Phx＜h/2時，保護寬度為：

rx=(h-1.53hx)P一、架設(shè)避雷線92、兩根避雷線保護范圍外側(cè)線相同：兩線之間的部分：

h0=h-D/4P由于懸掛避雷線時會產(chǎn)生弧垂，因此應(yīng)在弧垂最低點校驗避雷線的保護范圍。注意：兩根避雷線間的距離不應(yīng)超過導(dǎo)線和避雷線垂直距離的五倍為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率，避雷線對邊導(dǎo)線的保護角應(yīng)盡量小一些。一、架設(shè)避雷線10線路的耐雷水平隨桿塔接地電阻的增加而降低以DL/T620一1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中500kV典型的酒杯塔的塔型尺寸，和絕緣子串的50％雷電沖擊絕緣水平為例，針對桿塔沖擊接地電阻值計算出各自的耐雷水平見表4一1二、降低桿塔接地電阻在ρ≤300Ω?m的良好導(dǎo)電的土壤中，降低接地電阻并不會使造價顯著增加。為了實現(xiàn)有效的防雷，線路桿塔一般應(yīng)逐桿接地線路桿塔的工頻接地電阻在無雨干燥的季節(jié)的數(shù)值1、相關(guān)概念11無避雷線混凝土桿接地電阻不作規(guī)定，多雷區(qū)不宜通過30Ω

線路接地。除了要用人工接地體外，桿塔的混凝土基礎(chǔ)也有一些自然接地作用。這是因為埋在土中的混凝土基礎(chǔ)毛細(xì)孔中滲透水分，其電阻率已接近于土壤電阻率。桿塔的自然接地電阻可按表4一3進行估算二、降低桿塔接地電阻12二、降低桿塔接地電阻在高頻大電流作用下，接地電阻為沖擊接地電阻，接地體上沖擊電壓最大值Umax對流入接地體的沖擊電流的最大值imax之比定義為Rch

（沖擊接地電阻）Rch與Rg（工頗接地電阻）之比叫接地體的沖擊系數(shù)，其值一般小于1。桿塔的接地電阻增加，耐雷水平按指數(shù)規(guī)律下降，雷擊跳閘率按指數(shù)規(guī)律上升。13(1

）充分利用架空線路的自然接地。在接地工程中充分利用混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋骨架、金屬結(jié)構(gòu)物及上、下水金屬管道等自然接地體

(2

）外引接地裝置．桿塔所在的地方有水平敷設(shè)的要設(shè)置水平接地體。因為水平敷設(shè)施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低沖擊接地電阻，起到有效的防雷作用。如果在水平放射長度的1.5倍范圍內(nèi)有較低土壤電阻率的地方，可以采用外引接地的方式，但對沖擊電流來講，由于沖擊電流的頻率較高，就應(yīng)該考慮外延接地體的電感效應(yīng)問題，而不能無限制地外延。二、降低桿塔接地電阻2、降低桿塔接地電阻的方法主要有以下幾種。14(3

）深埋式接地極。地下較深處的土壤電阻率較低，可用豎井式或深埋式接地極。在選擇埋設(shè)地點時應(yīng)注意以下幾點．①選在地下水位較豐富及地下水位較高的地方。②桿塔附近如有金屬礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來延長或擴大接地體的幾何尺寸；③利用山巖的裂縫，插入接地極并加入降阻劑。二、降低桿塔接地電阻(4

）填充電阻率較低的物質(zhì)。離接地電極距離為接地電極尺寸10

倍以內(nèi)的土壤對接地電阻起很大的作用。接地體的接地電阻與土壤電阻率密切相關(guān)。

可以采用改善接地體周圍土壤電阻率的方法，以降低接地電阻。1）換土法。使用電阻率較低的土壤來置換掉電阻率較高的土壤。這種方法雖然有效但工程量太大，造價較高。15(4

）填充電阻率較低的物質(zhì)。2

）工業(yè)廢渣填充法。利用附近工廠的廢渣，置換材料的特性應(yīng)保證電阻率低、不易流失、性能穩(wěn)定、易于吸收和保持水分、無腐蝕作用，并且施工方便、經(jīng)濟合理。3

）目前最常用的還是降阻劑法。降阻劑可分為化學(xué)降阻劑、物理降阻劑和樹脂降阻劑，還有稀土降阻劑和膨潤土降阻劑。 實踐證明，在水平接地體周圍施加高效膨潤土降阻防腐劑，對降低桿塔的接地電阻效果明顯。4

）鋪設(shè)水下接地裝置。例如村塔附近有水源可以考慮利用這些水源在水底或岸邊布置接地極，可以收到很好的效果．若受地形、地勢和土壤電阻率的限制把工頻接地電阻降到合格以內(nèi)較困難時，可以考慮用6

一8

根長為80m

的水平射線的方法來降低沖擊接地電阻，或把若干基桿塔的接地用耦合地線連接起來，在這若干基桿塔中找出便于處理的把接地電阻降到較低值．這樣也可以起到很好的防雷作用。二、降低桿塔接地電阻16(5

）爆破接地技術(shù)，是近年來提出的降低高土壤電阻率地區(qū)接地系統(tǒng)接地電阻十分有效的方法．其基本原理是采用鉆孔機在地中垂直鉆直徑為100

mm、深度為幾十米的孔，在孔中布置接地電極，然后沿孔的整個深度隔一定距離安放一定量的炸藥來進行爆破，將巖石爆裂、爆松，接著用壓力機將調(diào)成漿狀的低電阻率材料壓人深孔中及爆破致裂產(chǎn)生的縫隙中，以達到通過低電阻率材料將地下巨大范圍的土壤內(nèi)部溝通及加強接地電極與土壤或巖石的接觸，從而達到較大幅度降低接地電阻的目的。采用爆破接地技術(shù)降低接地電阻的原理大致可歸納為：1）利用地下電阻率較低的土壤層、地下水層及金屬礦物質(zhì)層來改善散流；2

）低電阻率材料可以很好地與接地極及各種類型的土壤及巖石形成良好的接觸．達到降低接觸電阻的效果；3

）在大范圍內(nèi)降低了土壤電阻率，從而降低了土壤的散流電阻；二、降低桿塔接地電阻17(5

）爆破接地技術(shù)。4

）通過爆破致裂形成的裂隙可以將巖石中固有的節(jié)理裂隙貫通，壓力灌注低電阻率材料形成一個低電阻率通道，貫通的固有裂隙可能通向較遠的土壤中，與土壤中低電阻率區(qū)域相連。5

）在壓力灌注低電阻率材料后形成的通道，有利于電流通過裂隙中的低電阻率材料散流到外部巖層，也可能通過裂隙散流到電阻率較低或有地下水及金屬礦物質(zhì)的地層，從而有利于接地極或接地網(wǎng)的散流。試驗和模擬計算表明，一股爆破致裂產(chǎn)生的裂紋可達2m

到幾十米遠。目前爆破接地技術(shù)已經(jīng)在我國多項發(fā)、變電所和輸電線路接地工程中采用，取得了滿意的效果。二、降低桿塔接地電阻18對于已經(jīng)架設(shè)了避雷線還經(jīng)常受雷害侵襲的桿段，若接地電阻受條件限制很難降低時，可在導(dǎo)線下方增加一條架空地線，稱為耦合地線。耦合地線能使該基桿塔地網(wǎng)與相鄰桿段的地網(wǎng)得到良好的連接，相當(dāng)于埋設(shè)了連續(xù)伸長接地體，這樣當(dāng)雷電反擊線路時能增大對相鄰桿塔的分流系數(shù)和導(dǎo)、地線間的耦合系數(shù)，間接地降低了桿塔的接地電阻，從而保護線路不發(fā)生閃絡(luò)。在接地電阻較大的山區(qū)，桿塔所處的地質(zhì)條件差，電阻率較高（如達到2000Ω?cm)，降低接地電阻非常困難時，采用在架空線下加裝耦合地線，能起到較好的分流和耦合作用，降低雷擊跳閘率。據(jù)相關(guān)資料介紹，一些經(jīng)常遭受雷擊的線路在加裝了棍合地線后，可降低線路上跳閘率40%-50%

三、架設(shè)耦合地線19四、安裝線路避雷器線路避雷器一般并聯(lián)于絕緣子串，分帶間隙和不帶間隙的。帶間隙的避雷器由于不承受連續(xù)工作電壓，工作壽命更長，因而應(yīng)用得更為廣泛。當(dāng)雷擊于輸電線路時，雷擊過電壓將可能使線路避雷器的間隙擊穿．由于氧化鋅閥片的非線性特征將迅速切斷電弧，避免線路發(fā)生跳閘，起到了防雷擊跳閘的作用．現(xiàn)在線路避雷器已應(yīng)用于的69-500kV

線路上。20(l

）工作原理。線路型帶串聯(lián)間隙避雷器與線路絕緣子并聯(lián)，當(dāng)雷擊桿塔或避雷線時，雷電流引起的高電位使線路型避雷器的串聯(lián)間隙放電，降低了塔臂和導(dǎo)線之間的電位差，使絕緣子串不閃絡(luò)，從而避免線路跳閘。在串聯(lián)間隙放電后，避雷器本體的殘壓被限制到低于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，而且在雷電流過后的系統(tǒng)工頻電壓下能自動熄火工頻續(xù)流，保證正常供電。四、安裝線路避雷器1、帶串聯(lián)間隙的線路避雷器21(2

）線路避雷器結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路避雷器采用避雷器本體和串聯(lián)間隙的組合結(jié)構(gòu)時，避雷器本體基本不承擔(dān)系統(tǒng)運行電壓．不必考慮在長期運行電壓下的電老化問題，在本體發(fā)生故障時也不影響線路運行。串聯(lián)間隙有兩種：一是空氣串聯(lián)間隙（簡稱純空氣間隙）；二是有合成絕緣子支撐的串聯(lián)間隙（簡稱絕緣子間隙）。如日本一般采用純空氣間隙，美國等采用絕緣子間隙．兩種間隙各有優(yōu)缺點，純空氣間隙不必?fù)?dān)憂空氣間隙發(fā)生故障，但在安裝線路避雷器時就需要在桿塔上調(diào)整間隙距離．對于絕緣子間隙，由于間隙距離已由絕緣子固定，實施安裝較為容易，但支撐串聯(lián)間隙的合成絕緣子承擔(dān)較高的系統(tǒng)電壓。四、安裝線路避雷器1、帶串聯(lián)間隙的線路避雷器22為了確保輸電線路絕緣子申免于雷擊閃絡(luò)，要求避雷器與絕緣子串兩者的伏秒特性在不同的雷電沖擊電壓下，保護的失效率小于1/1000

。（99.99％可靠性），即在同一雷擊時間下避雷器的放電電壓應(yīng)比絕緣子串的放電電壓低17％。線路避雷器與絕緣子的配合原則，串聯(lián)間隙與被保護絕緣子（串）放電特性的配合原則是：能夠可靠耐受最大工頻電壓；雷電沖擊下串聯(lián)間隙應(yīng)可靠動作，被保護絕緣子（串）免于發(fā)生雷擊閃絡(luò)事故；對于純空氣間隙，導(dǎo)線風(fēng)偏不改變或不明顯改變間隙的放電特性；雷擊使間隙動作后，在系統(tǒng)工頻恢復(fù)電壓下，間隙應(yīng)在1~2

個工頻周期內(nèi)可靠地熄滅工頻續(xù)流。四、安裝線路避雷器1、帶串聯(lián)間隙的線路避雷器23線路避雷器的放電特性應(yīng)滿足以下要求：線路型避雷器整體的雷電沖擊放電電壓低于線路絕緣子串的50%電壓的20％以上。綜合考慮保護裕度、安全性能和可靠程度等諸多因素，110

-220kV

線路型帶串聯(lián)間隙避雷器的技術(shù)參數(shù)見表4

-4

。四、安裝線路避雷器1、帶串聯(lián)間隙的線路避雷器2435

~110kV

線路型無間隙避雷器帶有獨特的脫離裝置，避雷器通過其與導(dǎo)線相連。脫離裝置由脫離器、絕緣間隔棒等組成．在正常情況下，通過雷電流和操作過電流，脫離器不動作；在異常情況下，如避雷器發(fā)生故障損壞時，工頻電流通過脫離器，脫離裝置能可靠動作，使損壞的避雷器自動與導(dǎo)線脫離，保證正常供電．絕緣間隔棒保持導(dǎo)線與避雷器之間有足夠的絕緣距離。帶脫離裝置使無間隙避雷器實現(xiàn)了免維護。四、安裝線路避雷器2、線路型帶脫離裝置的無間隙避雷器253

．避雷器的選型及安裝維護線路避雷器安裝時的注意事項：(1

）選擇多雷區(qū)且易遭雷擊的輸電線路桿塔；(2

）安裝時盡量不使避雷器受力，并注意保持足夠的安全距離；(3

）避雷器應(yīng)順桿塔單獨敷設(shè)接地線，其截面不小于25mm2，盡量減少接地電阻的影響。線路避雷器投運后進行必要的維護包括：(l

）結(jié)合停電定期側(cè)量絕緣電阻，歷年結(jié)果不應(yīng)明顯變化．(2

）檢查并記錄計數(shù)器的運作情況，(3

）對其緊固件進行擰緊，防止松動；(4)5

年拆回進行一次直流lmA

及75

％參考電壓下泄漏電流測量。四、安裝線路避雷器263

．避雷器的選型及安裝維護線路避雷器要求質(zhì)量輕，不過多增加桿塔的負(fù)荷，而且要便于安裝。因此，線路避雷器大多采用硅橡膠合成絕緣外套，內(nèi)為玻璃纖維增強型環(huán)氧樹脂管，避雷器閥片采用高質(zhì)量氧化鋅閥片，端部裝有連接金具及配套間隙，線路避雷器的質(zhì)量約為10~18kg。四、安裝線路避雷器27由于線路避雷器的投資較大，因此易擊段和易擊點的確定非常重要，必須進行技術(shù)經(jīng)濟比較和分析。線路避雷器安裝地點的確定應(yīng)根據(jù)線路的具體運行情況，如歷年跳閘率、易擊段、易擊桿