祖大明

　　鄂爾多斯供電公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000

　　摘要：在實(shí)際的設(shè)計(jì)與運(yùn)用中，雷電對(duì)于整體輸電線路的影響主要存在以下兩個(gè)方面：①在日常的電流運(yùn)輸中，輸電線路主要是將生產(chǎn)和生活所需的電量運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)區(qū)域，這個(gè)過(guò)程中就會(huì)經(jīng)過(guò)桿塔和電力運(yùn)輸設(shè)備，一旦桿塔和電線等電力設(shè)備受到雷電襲擊就很有可能引發(fā)電線和桿塔起火、設(shè)備燃爆等安全問(wèn)題；②當(dāng)輸電線路受到雷電影響時(shí)，被影響部位會(huì)出現(xiàn)電壓過(guò)大、電流分離等情況，而相關(guān)設(shè)備則會(huì)由于高壓而出現(xiàn)繼電保護(hù)裝置跳閘或是絕緣性材料受損等多種問(wèn)題，從而引起電力系統(tǒng)的大面積癱瘓，引發(fā)諸多電力安全事故，因此，加強(qiáng)輸電線路設(shè)計(jì)中的防雷技術(shù)就顯得格外重要。

　　關(guān)鍵詞：架空輸電線路；雷擊故障；查找與分析

　　引言

　　在我國(guó)進(jìn)入21 世紀(jì)快速發(fā)展的新時(shí)期，人們的生活水平在不斷提高，對(duì)于電力的需求在不斷加大，許多城市的環(huán)境改善需要眾多電力，城市的發(fā)展也離不開110kV 架空輸電線路。中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)能源的需求日益增加，大型油田、礦區(qū)分散在幾十千米甚至幾百千米的范圍內(nèi)，多采用 110kV 架空輸電線路。但是110kV 架空輸電線路存在著許多影響因素，尤其是容易受到雷擊的影響，導(dǎo)致110kV 架空輸電線路存在著不安全的現(xiàn)象，容易給人員和財(cái)產(chǎn)造成損失。因此，對(duì)110kV 架空輸電線路防雷設(shè)計(jì)措施的研究成為了熱點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)其保護(hù)裝置和防雷系統(tǒng)的研究，能夠提高其供電可靠性，確保110kV 架空輸電線路正常、穩(wěn)定工作。

　　1 雷電定位分析

　　雷電定位系統(tǒng)（LLS）20 世紀(jì)70 年代中期由美國(guó)研制成功，20 世紀(jì) 80 年代引入我國(guó)。LLS 由若干個(gè)定向儀（DF）組成，當(dāng)某地發(fā)生對(duì)地雷電時(shí)，每個(gè)DF 站各自測(cè)定方位角，然后根據(jù)三角定位原理計(jì)算雷擊點(diǎn)，因此DF 站數(shù)量越多，分布越廣，定位精度越高。故障發(fā)生后，進(jìn)入雷電定位查詢系統(tǒng)查詢故障時(shí)間附近線路周邊的雷電情況，一般可設(shè)置為線路周邊3～5km，故障發(fā)生時(shí)間前后3～5min。正常情況下雷電監(jiān)測(cè)時(shí)間與變電站故障錄波器時(shí)間均與GPS 時(shí)鐘同步，因此在查詢結(jié)果中一般可以找到1 條或者2～3 條與故障時(shí)間基本吻合的落雷（落雷時(shí)間早于故障時(shí)間若干毫秒），同時(shí)可以看到與落雷點(diǎn)最近的桿塔，以此作為故障查找的依據(jù)，其雷電流值在之后的故障分析中作為耐雷水平計(jì)算的依據(jù)。建議在實(shí)際應(yīng)用時(shí)直接在導(dǎo)出表格中查看最近的桿塔，同時(shí)將可能的落雷坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入地圖，與線路坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，能準(zhǔn)確判斷故障查找范圍。

　　2 架空輸電線路雷擊故障查找與分析

　　2.1 強(qiáng)電離等離子抗雷器的安裝

　　ＰＬＲ等離子抗雷裝置不同于多年來(lái)沿用的以避雷針為代表的“引雷人地”防雷方式，采取國(guó)際領(lǐng)先的雷電防護(hù)理論，運(yùn)用電荷中和的原理，通過(guò)復(fù)合強(qiáng)電離放電產(chǎn)生消散電流，對(duì)雷云異極性電荷形成強(qiáng)有效中和，及時(shí)破壞雷電先導(dǎo)，消除被保護(hù)范圍內(nèi)的雷擊現(xiàn)象，是一種新型防雷裝置。利用雷云電場(chǎng)激勵(lì)多重放電器在低場(chǎng)強(qiáng)和高場(chǎng)強(qiáng)下均能強(qiáng)電離放電，無(wú)源產(chǎn)生的等離子體總量為有源發(fā)生等離子體的５００倍，而消散電荷高達(dá)３０ｍＣ／ｓ、保護(hù)角大于８５。。ＰＬＲ結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷而結(jié)實(shí)可靠，比具有電力電子器件的有源等離子發(fā)生器具有更好的耐候性和更長(zhǎng)的使用壽命。其輕巧的結(jié)構(gòu)更適用于機(jī)動(dòng)或難攀特髙目標(biāo)，還適于經(jīng)濟(jì)和靈活地構(gòu)成陣列布局，滿足全方位抗雷和取代干擾抗雷運(yùn)行的傳統(tǒng)避雷針的需要。并且ＰＬＲ發(fā)散的等離子體中的正離子上升有利于大氣污染凈化、負(fù)離子下降有利于生物健康。適合安裝在保護(hù)范圍內(nèi)的制高點(diǎn)。

　　2.2 輸電線路的合理應(yīng)用

　　雷電活動(dòng)和產(chǎn)生存在較大的特殊性和必要性，因此，相關(guān)電力企業(yè)在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，根本無(wú)法完全規(guī)避雷電風(fēng)險(xiǎn)。通常情況下，最常見的雷擊區(qū)域主要有以下幾個(gè)：第一，高層建筑頂端或是桿塔上面；第二，高山、叢林、湖泊、水庫(kù)、水塘等水資源較為豐富的盆地區(qū)域；第三，地下水位較高或是地下水資源中含有大量的金屬礦物質(zhì)區(qū)域；第四，高山和平原的交界處（地貌變化、起伏較大的區(qū)域）；第五，植被生長(zhǎng)旺盛的山丘頂部；第六，桿塔區(qū)域內(nèi)土壤的電阻率較小或是本區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)巖石斷層的地帶。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，就必須參考這些因素對(duì)防雷技術(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

　　2.3 防雷設(shè)計(jì)措施

　　1）更換新型的絕緣子絕緣材料的選擇十分重要，它不僅影響輸電的性能，而且也能影響抗雷擊的效果。所以，選擇合適的新型絕緣子十分重要，必須按照實(shí)際情況去選擇合適的絕緣子，要把經(jīng)常遭受雷擊地方的絕緣子進(jìn)行一定程度的強(qiáng)化處理。新型的絕緣子應(yīng)該采用高分子復(fù)合材料，這種材料的抗電擊性比傳統(tǒng)的絕緣子更強(qiáng)。采用新型絕緣子在一定程度上優(yōu)化了輸電線路的效率，也降低了跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，極大降低了抗雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。2）選擇合適的土壤和放置角度進(jìn)行天然降壓在山區(qū)進(jìn)行施工放置輸電設(shè)備時(shí)，一定要考慮天氣、海拔等因素，以便為線路搭建和線路規(guī)劃等提供便利。在施工時(shí)也要注意塔的高度和塔底的深度，也應(yīng)該在其周圍放置一些地電阻。要選擇合適的角度去安放地電阻，因?yàn)榻拥仉娮杞嵌汝P(guān)系到抗電壓的效果。對(duì)接地電阻應(yīng)該避免在山和田的交界處、沼澤、湖泊、水庫(kù)、峽谷的順風(fēng)口等地方安置。3）做好后期的維護(hù)工作后期的維護(hù)工作也很重要，因?yàn)樵诤笃诳赡艹霈F(xiàn)雷擊后絕緣皮軟化、分化等現(xiàn)象；也要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢查，防止設(shè)備出現(xiàn)老化。

　　2.4 仿真分析

　　根據(jù)疑似故障點(diǎn)前后桿塔、導(dǎo)線、絕緣子和檔距等信息，建立雷電繞擊、反擊電磁暫態(tài)仿真模型，利用電磁暫態(tài)仿真方法分析雷擊跳閘原因。推薦使用電磁暫態(tài)分析軟件ATP-EMTP，軟件自帶架空導(dǎo)地線、桿塔、雷電流源和絕緣子串等模塊，不需要煩瑣的編程環(huán)節(jié)，即可仿真模擬雷擊時(shí)線路上的過(guò)電壓，從而判斷發(fā)生的放電現(xiàn)象是否與現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的放電痕跡吻合。仿真雷電流大小為－176.8kA 的雷電擊中距某500kV 線路143 小號(hào)側(cè)第4 個(gè)間隔棒小號(hào)方向3m 處地線時(shí)。雷擊發(fā)生后13μs 時(shí)，雷擊點(diǎn)空氣間隙電壓可超過(guò)10000kV，而16μs 后絕緣子串電壓才可升至8000kV，因此該故障線路故障原因有可能為雷擊反擊導(dǎo)致?lián)舸┛諝忾g隙放電。

　　結(jié)語(yǔ)

　?。?）當(dāng)雷擊桿塔時(shí)，通過(guò)全線桿塔的平衡散流，雷電流經(jīng)接地網(wǎng)注人大地，經(jīng)過(guò)接地網(wǎng)有效釋放，塔頂和塔身電位升高在絕緣子串兩端形成的反擊過(guò)電壓則相應(yīng)降低，大幅降低了雷擊桿塔時(shí)線路反擊過(guò)電壓導(dǎo)致絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)造成跳閘的可能性，研究改造后以來(lái)，未發(fā)生雷擊跳閘現(xiàn)象。（2）通過(guò)資株線防雷研究取得了良好的效果以及重要的實(shí)踐價(jià)值，為運(yùn)行提供了實(shí)際數(shù)據(jù)，特別是柔性接地體的垂直滲入施工工藝，對(duì)于山地高電阻率地區(qū)桿塔降阻非常有效，可以應(yīng)用到其他送出線路的防雷改造中。

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