淺析配電線路防雷技術(shù)

【文章摘要】
雷擊是電力網(wǎng)絡(luò)的主要危害之一， 通過對(duì)傳統(tǒng)防雷措施，如避雷針，避雷器，避雷線等設(shè)備的討論分析，按氣候以及地理來分類討論了各地防雷措施的不同以及防雷設(shè)備的管理維護(hù)問題，簡單分析了目前防雷形式，強(qiáng)調(diào)了配電線路防雷對(duì)供電可靠性的重要性。
【關(guān)鍵詞】
配電線路；防雷；避雷器；避雷針
0 概述
電能已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活不可或缺的能源之一，隨著科技的迅猛發(fā)展，我們周圍的許多產(chǎn)品都需要電能來推動(dòng)，電力工業(yè)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)水平的一個(gè)重要指標(biāo)。因此保證電力的可靠供應(yīng)，使其滿足社會(huì)生產(chǎn)生活需要就顯得尤為重要，但是現(xiàn)如今的線路跳閘故障并不能得到徹底解決，特別是由于雷擊引起的跳閘，配電線路經(jīng)常會(huì)因?yàn)槭艿嚼讚舻挠绊懚�發(fā)生斷線跳閘故障，此種故障占了所有跳閘故障的70%-80% 左右，其中80% 是雷擊桿塔造成，而且一旦發(fā)生修復(fù)起來也相對(duì)繁瑣，給生產(chǎn)生活用電帶來了極大的困擾，而且由于雷電的隨機(jī)性與不可預(yù)知性，想要徹底地杜絕因雷擊而發(fā)生的跳閘事故，幾乎是不可能的。
所以如何降低因雷擊造成的線路跳閘斷線故障頻率成為了當(dāng)今供電企業(yè)所必須重視的問題之一。特別是以10kV 為主的配電線路，10kV 配電線路是當(dāng)今中國最主要的供電線路，覆蓋了大部分的城市與農(nóng)村，也因此10kV 電壓等級(jí)發(fā)生雷擊的次數(shù)比其他等級(jí)多的多。綜上所述， 配電線路的防雷已經(jīng)越來越得到國內(nèi)外各大供電企業(yè)的重視，各種針對(duì)降低雷擊概率的防雷措施也是層出不窮，但是在選用過程中，我們還需要因地制宜，選擇合理的方式以達(dá)到最優(yōu)的效果。
1 雷擊危害和配電線路受雷擊閃絡(luò)的原理
1.1 雷擊的危害
早在人類利用生產(chǎn)電力以前，大自然中就已經(jīng)存在雷電了，雷電簡單的說是大
圖1 ：階梯式應(yīng)用能力培養(yǎng)序列
氣中的放電現(xiàn)象，當(dāng)云層中，云層間，云與大地之間的電位差達(dá)到一定程度就會(huì)發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象。當(dāng)雷擊擊中建筑物或者人體時(shí)，高達(dá)幾萬安培的電流會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量以及電磁效應(yīng)，它會(huì)引起建筑物的猛烈燃燒，設(shè)備的直接損毀，以及灼傷人體等，特別對(duì)配電線路，有著致命的打擊，一旦發(fā)生雷擊線路的情況，在沒有可靠防雷措施的情況下，線路基本會(huì)發(fā)生燃燒斷線等不可恢復(fù)性故障，給生產(chǎn)生活帶來巨大的不便。
1.2 配電線路遭受雷擊閃絡(luò)的原理
當(dāng)線路桿塔受到雷擊時(shí)，塔頂?shù)碾娢谎杆倮�高，設(shè)為U1，當(dāng)此電位與線路感應(yīng)電位U2 的電位差超過絕緣子50% 放電電壓U3 時(shí)就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。因此評(píng)價(jià)一個(gè)桿塔的耐雷擊水平包括三個(gè)方面：1 雷擊電流的大小，這是主要因素，雷電流越大越容易發(fā)生閃絡(luò)；2 絕緣子的放電電壓U3，U3 越大越不容易發(fā)生閃絡(luò)；3 桿塔的接地電阻，桿塔接地電阻越小越不容易發(fā)生閃絡(luò)。因此對(duì)于配電線路防雷，可以從提高桿塔耐雷水平方面考慮。
2 配電線路防雷技術(shù)運(yùn)用
2.1 導(dǎo)線更換
提升配電線路耐雷擊水平，優(yōu)先可以考慮配電線路電纜本身的耐雷水平，在新中國成立后，中國電網(wǎng)開始新建，由于剛經(jīng)歷戰(zhàn)亂，生產(chǎn)力低下，當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)基本采用金屬裸導(dǎo)線，直到20 世界初，隨著生產(chǎn)力的提高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國電網(wǎng)開始改造，將原先的裸導(dǎo)線更換成絕緣導(dǎo)線， 新建的配電線路網(wǎng)架基本采用了絕緣導(dǎo)線。從而使因雷擊而發(fā)生的故障率大幅下降，同時(shí)降低了偷電的發(fā)生。最優(yōu)的方式還是采取地下電纜的方式，這在國外某些發(fā)達(dá)國家已近普及，但是就目前的中國國情來看尚無法大范圍推廣，只能在少數(shù)地方運(yùn)用，具有相當(dāng)大的局限性，而且成本投入相對(duì)較大。因此就目前而言，采用架空絕緣導(dǎo)線是性價(jià)比相對(duì)較高的一種防雷措施，在新建電網(wǎng)中因盡量使用絕緣導(dǎo)線，對(duì)舊電網(wǎng)改造時(shí)，考慮優(yōu)先將導(dǎo)線換成絕緣導(dǎo)線以提升整個(gè)電網(wǎng)的防雷水平。
2.2 不同因素下的防雷措施
配電線路防雷，應(yīng)盡量結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，切不可生搬硬套，片面的追求耐雷電能力，而忽視經(jīng)濟(jì)效益。在雷擊活躍的地區(qū)，要為配電線路配置避雷針。避雷針是可以使雷云電場畸變，誘發(fā)雷閃對(duì)其放電，這樣就能起到對(duì)線路的保護(hù)作用，但是避雷針的保護(hù)范圍是有限的，與其高度成正比，它可以用在對(duì)重要配電設(shè)備線路的保護(hù)，但傳統(tǒng)的避雷針有時(shí)會(huì)引發(fā)下行雷放電，反而會(huì)對(duì)周邊保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生影響，因此現(xiàn)在如今比較可靠的是采用可控避雷針，它主要的作用是引發(fā)雷電流小的上行雷對(duì)其發(fā)生雷閃，這樣就能避開雷電流大的下行雷雷閃，從而更好的起到防雷保護(hù)的作用。在多雷區(qū)還可以使用避雷線，避雷線可以減少雷電直擊導(dǎo)線，同時(shí)還有對(duì)雷擊電流分流的作用，可以降低桿塔頂端電位，雖然成本較高，但是防雷效果突出，一般只用在110kV 以上電壓等級(jí)，但是特殊的多雷地區(qū)，可以考慮給110kV 以下電壓等級(jí)也配置避雷線。
避雷器是另一種有效的防雷措施，避雷器與避雷針是有區(qū)別的，避雷器一般是并聯(lián)在導(dǎo)線上，當(dāng)線路受到雷擊或者因雷擊而產(chǎn)生感應(yīng)電時(shí)，當(dāng)其電位差超過避雷器耐受電壓時(shí)，雷電流便會(huì)通過避雷器引導(dǎo)至大地，從而起到防止線路因雷擊而造成斷裂的發(fā)生。避雷器分有間隙和無間隙避雷器，有間隙避雷器是在受到雷擊時(shí)擊穿間隙使得雷電流得以分流，平時(shí)不耐受工頻電壓，而后者是利用金屬氧化物在受到雷擊后，電阻顯著下降而起到分流作用的特性制作而成。這兩種避雷器曾都用于線路防雷，各有優(yōu)略，需結(jié)合實(shí)際運(yùn)用，隨著科技發(fā)展產(chǎn)生了以上兩種的改進(jìn)型避雷裝置，那就是過電壓保護(hù)器（帶環(huán)裝間隙金屬氧化物避雷器）以及外串間隙線路型避雷器，結(jié)合中國國情，后者在線路防雷上運(yùn)用較多。在多雷區(qū)，以上幾種是常用的防雷措施。而相對(duì)的在少雷區(qū)，可以適量或者不安裝避雷措施。
除了雷區(qū)不同會(huì)使得防雷措施不同以外，在設(shè)計(jì)施工或者老舊線路改造的時(shí)候，還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩砬闆r。由前文可知，要降低雷擊的概率，一種方式是直接避免雷擊，比如使用避雷針等，一種是在遭受雷擊時(shí)及時(shí)的分流雷電電流，鉗位電壓，使得線路不發(fā)生閃絡(luò)斷裂等故障。其次因盡可能提升桿塔本身的耐雷電水平，首先通過降低接地電阻來實(shí)現(xiàn)。由于不同地區(qū)的土層結(jié)構(gòu)不一樣，有些地區(qū)， 比如平原地區(qū)的接地電阻普遍較小，而山區(qū)丘陵巖層地區(qū)的接地電阻普標(biāo)較高。在無法改善接地電阻的情況下，可以采用玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料來制作桿塔，提升自身的絕緣水平以及防污穢能力，降低閃絡(luò)概率。在某些巖層與土層的交匯處的電阻一般也較高，這些特殊的地方需要實(shí)地勘察后做特殊處理。一般接地電阻應(yīng)控制在4 歐姆以內(nèi)，在達(dá)不到要求的區(qū)域可以通過填埋降阻劑來解決。
2.3 配電線路防雷設(shè)備管理
在結(jié)合實(shí)際得出合理的防雷設(shè)計(jì)以后，還需要做好安裝與維護(hù)工作，有時(shí)候線路出現(xiàn)雷擊故障不是因?yàn)榉览状胧�沒有做到位，而是出現(xiàn)了防雷措施損壞的情況，即受到外力破壞，這些外力破壞來自人為或者自然損耗等。因此在安裝過程中需要做好防雷設(shè)備措施安裝監(jiān)管工作，特別是在導(dǎo)體鏈接，接地體焊接工作時(shí)，如果出現(xiàn)虛焊那么再好的防雷設(shè)備也是形同虛設(shè)，因此在安裝之后需要認(rèn)真對(duì)防雷措施進(jìn)行測試驗(yàn)收。對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)行的防雷設(shè)備，需要做好日常巡視維護(hù)工作，對(duì)相應(yīng)設(shè)備做好維護(hù)記錄，在重要防雷設(shè)施處需要裝設(shè)警示牌，及時(shí)處理線路雜物， 比如掛在導(dǎo)線上的風(fēng)箏等，靠近導(dǎo)線的樹枝需要及時(shí)修剪清理。積極與當(dāng)?shù)卣�府配合做好電力設(shè)備防盜，防損壞工作。由于避雷針，避雷器，避雷線等防雷設(shè)備長期暴露在室外，很容易發(fā)生腐蝕老化，因此需要在平時(shí)不影響防雷效果的情況下，做一些適當(dāng)?shù)姆栏�蝕措施，盡量延長其使用壽命，同時(shí)要確定維修檢測周期，并且嚴(yán)格執(zhí)行。
3 結(jié)束語
電力的可靠供應(yīng)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力保障，配電線路防雷措施的應(yīng)用可以有效的降低因雷擊造成的停電事故率，提升了電力系統(tǒng)可靠性，但是就目前而言傳統(tǒng)的防雷措施還有待改善，盡管避雷針，避雷器等避雷設(shè)備防雷效果較好，但是由于成本以及維護(hù)等問題不可能大范圍使用， 因此還需要不斷探索，使用新工藝，開發(fā)新的防雷設(shè)備，應(yīng)用新的防雷措施，比如結(jié)合高科技產(chǎn)品衛(wèi)星電腦等設(shè)備來提升防雷水平。由于雷擊的不可避免性，防雷將長期是電力企業(yè)必須面對(duì)的一個(gè)問題，需要時(shí)刻努力去改善和提高防雷效果。

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