架空电力线路的防雷保护

雷电是一种大气放电现象,产生于积雨云中,积雨云在形成过程中,某些云团带正电荷,某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应,使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷,当电荷积聚到一定程度时,不同电荷云团之间,或云团与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25~30 kV／cm),开始游离放电,我们称之为“先导放电”。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的,当到达地面吋(地面上的建筑物,架空输电线等),便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里,会出现很大的雷电流(一般为几十kA至几百kA),并随之发生强烈的闪电和巨响,这就形成了雷电。雷电一般伴有阵雨,有时还会出现局部的大
风、冰雹等强对流天气。强雷暴天气出现有时还带来灾害,如雷击危及人身和电力设备安全,当家用电器、计算机机房直接遭雷击或感应雷时将会被损坏,有时还会引起火灾等。

1 雷电的特征及危害
1．1 雷电日
    雷电活动从季节来讲以夏季最活跃,冬季最少：从地区分布来讲是赤道附近最活跃,随纬度升高而减少,极地最少。评价某一地区雷电活动的强弱,通常是用“雷电日”,即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱,雷电闩的天数越多,表示该地区雷电活动越强,反之则越弱。我国平均雷电日的分布,大致可以划分为4个区域：西北地区一般在15日以下;长江以北大部分地区(包括东北)在15~40日之间;长江以南地区在40日以上：北纬23°以南地区平均雷电日达80日。广东的雷州半岛地区及海南省,是我国雷电活动最剧烈的地区,高达120~130日,年平均雷电日只能给人们提供一个概略的情况。事实上,即使在同一地区内,雷电活动也有所不同,有些局部地区,雷击要比邻近地区多得多,如广州的沙河、北京的十三陵等地．我们称这些地方为该地区的“雷击区”。当放电通道发展到离地面不远的空中时,电场受地面物体影响而发生畸变。如果地面上有一座较高的尖顶建筑物,例如一座很高的铁塔,由于这些建筑物的尖顶具有较大的电场强度,雷电先驱自然会被吸引向这些建筑物,这就是高耸突出的建筑物容易遭受雷击的缘故。同样的道理,架空电力线路自然也是雷电最喜欢袭击的“建筑”。
1．2 雷击造成的危害
    从表1所列2002~2004年全国电网故障次数统计知,华中电网因雷击造成的事故约占其事故总数的58.3％。

    中原油田横跨河南、山东二省交界处,而河南处于华中电网的末端,仅黄河以北地区就有110kV输电线路13条196.24km,35kV输配电线路90条880km,6kV线路80条240km,是河南省第一大电力用户。据统计,中原油田所在地年平均雷电日约为30天,局部易落雷区(如11OkV李拐变电站附近的采油二厂区域)年雷电日有时能达到45天以上。因此,油田电力线路的防雷保护仍然是防止线路事故的重点。
    架空线雷害事故的形成通常要经历4个阶段：
    1)输电线路受到雷电过电压的作用;
    2)输电线路发生闪络;
    3)输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;
    4)线路跳闸,供电中断。
    针对雷害事故形成的4个阶段,现代输电线路在采取防雷保护措施时,要做到“四道防线”,即：防直击,就是使输电线路不受雷直击,措施是沿线路装设避雷线;防闪络,就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络,措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻;防建弧,就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧,措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装避雷器等;防停电,就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应,措施是装设自动重合闸等。

2 避雷措施
    根据《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》(GBJ64一S3),目前中原油田电力架空线路采取的主要防雷措施有以下几种。
2.1 架设避雷线
    架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用：
    1)分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;
    2)通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压;
    3)对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
    通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。标准规定,220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线,110kV线路一般也应全线架设避雷线,35 kV线路不宜全线架设避雷线,一般在变电所的进线段架设1~2km的避雷线,同时按照要求做好杆塔的接地。
    为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角尽量做得小一些,一般采用20°~30°。   
    为了降低接地电阻,同时也防止不法分子破坏,通常把避雷线在每基杆塔处进行了接地。
2.2 降低杆塔接地电阻
    降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高,这是配合架设避雷线所采取的一项有效措施。标准要求,有避雷线的线路,每基杆塔的工频接地电阻在雷季干燥时不宜超过表2所列数值。
2．3 采用中性点非有效接地方式
    在7个110kV变电站的35kV系统采用中性点经消弧线圈接地的方式。这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除,不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时,由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线,增加了分流和对未闪络相的耦合作用,使未闪络相绝缘上的电压下降,从而提高了线路的耐雷水平。

2.4  加强线路绝缘

    由于输电线路个别地段采用大跨越高杆塔（如：跨河、跨路杆塔）,这就增加了杆塔落畦的机会。高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的概率也较大。为提高线路绝缘,降低线路跳闸率,我们近年来已经陆续把110kV和35kV合成绝缘子。35kV和6kV配电线路多采用冲击闪络电压较高的瓷横担来降低雷击跳闸率。

2.5  装设自动重合闸装置

    由于线路绝缘具有自恢复性能,大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此,安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计,我国110kV及以上的高压线路重合闸成功率达75%~95%,35kV及以下的线路成功率约为50%~80%。因此,油田变电站在各个电压等级的架空线路上都安装了自动重合闸装置。

2.6  安装线路避雷器

    即使在全线架设避雷线,也不能完全排除在架空线上出现过电压的可能性,安装线路避雷器后,当雷击过电压超过避雷器的保护水平时避雷器便动作,给雷电流提供一个低阻抗的通路,使其泄放到大地,从而限制了电压的升高,保障了线路、设备安全。目前,我们在35kV和6kV配电线路所有的配电变压器一次侧均安装了ZnO避雷器。部分35kV联络线出口处安装了放电间隙。

3  结语

    架空线的防雷从工程设计阶段就要认真加以考虑,应根据本地的实际情况,采取切实可行的防雷方案,选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备,同时,真正按照等电位的原则,做好符合要求的共用接地网,综合考虑防雷与接地,只有这样,输电线路和设备才能避免遭受雷击。

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