摘要:雷电是一种十分常见的自然现象,其蕴藏了巨大的能量,能给被击中的物体造成毁灭性打击。对于电力行业来说,输电线路最怕遭遇雷电等自然因素,尤其是110kv输电线路。由于其运用范围逐渐广泛,在一些雷电多发地区,110kV输电线路遭受雷击发生事故的现象普遍存在,因此需要在1 10kV输电线路设计施工过程中,做好防雷措施。
关键词:高压输电;防雷保护;措施
近年来,110 kV 输电线路在国家电能输送分配方面取得良好的进展,110 kV 输电线路沿线通常有避雷线的保护。但是,由于 110 kV 的输电线路架设的地点都是选择尽可能的远离城市、村庄等人员密集的地方,这就使得架设地点往往会选择山地、丘陵以及平原等地带;相比于平原地带,山地、丘陵地带地形起伏变化大、天气多变以及地形复杂使得输电线路遭受雷击的几率更大,造成输电线路外绝缘被击穿以致闪络放电、线路跳闸发生严重的停电事故等,这些都在一定程度上对确保 110 kV输电线路的有效、高效供电有负面的影响。所以,通过对 110 kV 输电线路遭受雷击的雷电流进行研究,进而采取科学、合理的防雷保护措施 。
一、雷击种类
雷击是自然现象,包括雷电直击、绕击及反击 3 种类型。(1)雷电直击避雷线档距中间部位所产生的电位较低,绝缘子串两端所产生的电位也较低,所以反击几率较小。(2)雷电直击杆塔顶部易使塔身对地产生较高电位,绝缘子串两端也会产生较高电位,很容易发生闪络。(3)雷电绕击导线的几率很低。(4)绕击跳闸主要是由雷击杆塔顶部或绕击导致的。(5)线路通过山区时受到山坡角度、杆塔高差及土壤电阻高等各种因素的影响,发生绕击几率较高。(6)避雷线保护角愈小,发生雷击几率也就愈小;避雷线保护角愈大,发生雷击几率也就愈大。而避雷线保护角相同时,其悬挂愈高,绕击几率愈大;反之,绕击几率愈小。(7)雷云带在沿着山沟顺风移动过程中可能对导线产生直击或绕击。(8)海拔较高的地段阶梯型雷云往往比杆塔更高,雷电容易直击杆塔顶部或避雷线,产生反击现象。
二、雷电对于输电线路的影响
电网中的事故以输电线路的故障占大部分,输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重较大,尤其是在山区输电线路中,线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的,据运行记录,输电线路的供电故障一半是雷电引起的,所以防止雷击跳闸可大大降低输电线路的故障,进而降低电网中事故的发生频率。
1、感应雷过电压。雷击线路周围地面或者线路杆塔时,会出现电磁感应现象,从而在导线上引发过电压,使得导线中的电流增大,产生一种严重威胁人身财产安全的“高压线”。因主放电自身速度的原因,会在导线两侧运动并产生一种感应过电压波,这种感应过电压会在瞬间把线路变成为“高压线”。针对这种现象,在设置电缆的时候,最好把电缆埋人地下,而不是利用架空的方式来预防感应雷,同时还应该增设相应的室内线路防雷设施,加设专门弱电保护装置。
2、直击雷过电压。雷电直接击到输电线路上,大量的雷电流经过输电导线,通过输电线路的阻抗而接地,在阻抗上出现电压降,导致被击点的电位升高,这种就叫做直击雷过电压。由于直击雷过电压的机械效应、电效应以及热效应,很容易破坏线路,严重时还会造成人员的伤亡。因此,在实际工作中,通常是利用避雷针来防直击雷,把雷电引到避雷针上,以此安全地将雷电导人到地中,达到屏蔽的作用。
三、110 kV 输电线路防雷技术措施
近年来,由于设备落后、网络布局不科学等因素,在雷雨季节,雷击所导致的输电线路事故频频发生,雷击造成线路跳闸的比例高达 40%～50%。所以,必须搞好线路防雷工作,进一步降低雷击跳闸几率,从而不断减少线路故障。对于 110 kV 输电线路而言,应考察当地地形、地貌、地质及土壤性质和接地电阻的实际水平,找到其薄弱环节或缺陷,以选择科学有效的防雷措施。
1、强化线路维护工作。按季节变化确保线路走廊有充足的安全间隙,对于大跨越、多雷区的地段必须根据架空输电线路运行的相关规程切实搞好维护工作。
2、尽量减小杆塔的接地电阻。接地电阻与耐雷水平成反比,所以应根据各基杆塔的土壤电阻率状况尽量减小杆塔的接地电阻,从而有效提升输电线路耐雷水平。针对在运行过程中定期测量到的杆塔接地电阻值,如果超过 10 Ω 则必须派人对该杆塔进行核实,并及时进行整改。另外,还应对接地电阻测量方法进行规范,以确保测量的准确性。接地电阻愈低,雷击时杆塔顶的电位也就愈低,线路过电压也就愈低,就愈能提升线路耐雷水平。
3、提升输电线路耐雷水平,强化线路绝缘能力。绝缘子性能的好坏对绝缘能力有直接影响。输电线路运行单位必须强化对绝缘子的管理工作,强化检测绝缘子的力度,切实把好质量检验关,预防质量不过关的绝缘子挂网运行。对于已挂网运行的绝缘子,必须严格参照架空输电线路相关运行规程要求对零、低值绝缘子定期实施检测,及时更换不合格品,并认真统计绝缘子劣化率,同时进行分析研究,以保证输电线路的绝缘符合运行要求。除此之外,针对一些特别区段及雷击较频繁地区,应采取相应措施强化输电线路的绝缘配合,以提升其耐雷水平。比如绝缘子串所承受的冲击放电电压值增大一半,则可酌情增加一片绝缘子。事实证明,增加一片绝缘子的新线路投运后耐雷水平得到了明显的提高,出现雷击跳闸故障的几率大大降低。合成绝缘子由于重量较轻、强度很高、免维护、防污性能极强等优势获得了不少输电线路运行单位的垂青。实践经验证明,在多雷区选用合成绝缘子极易发生雷击跳闸故障,这主要是由于合成绝缘子也存在明显的缺陷,比如普通尺寸的合成绝缘子防雷水平较低,110 kV 输电线路上的合成绝缘子雷电全波冲击所能承受的电压只有 500 kV,而同样电压等级输电线路上的瓷绝缘子则有 600 kV。
4、安装避雷线(架空地线)。避雷线能对导线发挥良好的屏蔽效果,可以分流雷电流,以免出现雷电直击现象,非常适宜对导线进行保护,所以往往作为 110 kV 输电线路防雷的主要保护措施。通常而言,110 kV 线路应沿全线安装单避雷线,如果该地区雷电活动较为频繁的话则应安装双避雷线。安装避雷线及减小杆塔的接地电阻能最大限度分流直击杆(塔)顶的雷电流,从而有效防止线路发生闪络。
5、安装线路避雷器。在雷电活动非常频繁的地段,对于接地电阻经过改造后仍然无法满足要求的杆线应安装线路避雷器。它和绝缘子并联于杆塔上,当雷击杆塔或避雷线时,其串联间隙放电,由于线路避雷器雷电动作特性与绝缘子相比更低,因而可以确保绝缘子不再发生闪络,从而有效预防输电线路因跳闸而停电。线路避雷器在预防雷电直击杆(塔)顶、避雷线及绕击导线后对绝缘子造成的冲击闪络等方面效果非常明显,但其价格非常贵,因此,广大输电线路运行单位必须根据该地历年来线路雷击造成跳闸的状况、输电线路经过的地形及运行经验等进行全面考虑,选择合理的安装位置,用有限的资金实现最高的经济社会效益。
总之,输电线路必须结合各地的气候条件、地形及雷电活动情况采取合适的防雷保护措施。输电线路运行单位应进一步强化巡视工作,特别是在雷雨季节,强化对雷电活动较为频繁地区的巡线工作,并及时更换已经发生闪络的绝缘子。对于雷击事故,应按其基本规律及特点,根据具体情况采取相应的办法。采取防雷措施前务必要先分析输电线路遭到雷击的具体原因,然后对症下药。只有采取切实可行的措施,防雷工作才能取得良好成效,输电线路产生雷击跳闸故障的几率才能得到有效控制。
参考文献:
[1] 吴家鑫,姬云东,方同海.110 kV输电线路的雷电防护[J].黑龙江科技信息,2017(13).