架空電力線路的防雷保護

1 雷電的特征及危害
1．1 雷電日
雷電活動從季節(jié)來講以夏季最活躍，冬季最少：從地區(qū)分布來講是赤道附近最活躍，隨緯度升高而減少，極地最少。評價某一地區(qū)雷電活動的強弱，通常是用“雷電日”，即以一年當(dāng)中該地區(qū)有多少天發(fā)生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區(qū)的雷電活動強弱，雷電閂的天數(shù)越多，表示該地區(qū)雷電活動越強，反之則越弱。我國平均雷電日的分布，大致可以劃分為4個區(qū)域：西北地區(qū)一般在15日以下；長江以北大部分地區(qū)(包括東北)在15~40日之間；長江以南地區(qū)在40日以上：北緯23以南地區(qū)平均雷電日達80日。廣東的雷州半島地區(qū)及海南省，是我國雷電活動最劇烈的地區(qū)，高達120~130日，年平均雷電日只能給人們提供一個概略的情況。事實上，即使在同一地區(qū)內(nèi)，雷電活動也有所不同，有些局部地區(qū)，雷擊要比鄰近地區(qū)多得多，如廣州的沙河、北京的十三陵等地．我們稱這些地方為該地區(qū)的“雷擊區(qū)”。當(dāng)放電通道發(fā)展到離地面不遠的空中時，電場受地面物體影響而發(fā)生畸變。如果地面上有一座較高的尖頂建筑物，例如一座很高的鐵塔，由于這些建筑物的尖頂具有較大的電場強度，雷電先驅(qū)自然會被吸引向這些建筑物，這就是高聳突出的建筑物容易遭受雷擊的緣故。同樣的道理，架空電力線路自然也是雷電最喜歡襲擊的“建筑”。
1．2 雷擊造成的危害
從表1所列2002~2004年全國電網(wǎng)故障次數(shù)統(tǒng)計知，華中電網(wǎng)因雷擊造成的事故約占其事故總數(shù)的58.3％。

中原油田橫跨河南、山東二省交界處，而河南處于華中電網(wǎng)的末端，僅黃河以北地區(qū)就有110kV輸電線路13條196.24km，35kV輸配電線路90條880km，6kV線路80條240km，是河南省第一大電力用戶。據(jù)統(tǒng)計，中原油田所在地年平均雷電日約為30天，局部易落雷區(qū)(如11OkV李拐變電站附近的采油二廠區(qū)域)年雷電日有時能達到45天以上。因此，油田電力線路的防雷保護仍然是防止線路事故的重點。
架空線雷害事故的形成通常要經(jīng)歷4個階段：
1)輸電線路受到雷電過電壓的作用；
2)輸電線路發(fā)生閃絡(luò)；
3)輸電線路從沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓；
4)線路跳閘，供電中斷。
針對雷害事故形成的4個階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護措施時，要做到“四道防線”，即：防直擊，就是使輸電線路不受雷直擊，措施是沿線路裝設(shè)避雷線；防閃絡(luò)，就是使輸電線路受雷后絕緣不發(fā)生閃絡(luò)，措施是加強線路絕緣、降低桿塔的接地電阻；防建弧，就是使輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后不建立穩(wěn)定的工頻電弧，措施是系統(tǒng)采用消弧線圈接地方式、在線路上安裝避雷器等；防停電，就是使輸電線路建立工頻電弧后不中斷電力供應(yīng)，措施是裝設(shè)自動重合閘等。

2 避雷措施
根據(jù)《工業(yè)與民用電力裝置的過電壓保護設(shè)計規(guī)范》(GBJ64一S3)，目前中原油田電力架空線路采取的主要防雷措施有以下幾種。
2.1 架設(shè)避雷線
架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時還具有以下作用：
1)分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；
2)通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；
3)對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。
通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，220kV及以上電壓等級的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，110kV線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線，35 kV線路不宜全線架設(shè)避雷線，一般在變電所的進線段架設(shè)1~2km的避雷線，同時按照要求做好桿塔的接地。
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)線的保護角盡量做得小一些，一般采用20~30。
為了降低接地電阻，同時也防止不法分子破壞，通常把避雷線在每基桿塔處進行了接地。
2.2 降低桿塔接地電阻
降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時的電位升高，這是配合架設(shè)避雷線所采取的一項有效措施。標(biāo)準(zhǔn)要求，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時不宜超過表2所列數(shù)值。
2．3 采用中性點非有效接地方式
在7個110kV變電站的35kV系統(tǒng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動消除，不致引起相間短路和跳閘。而在二相或三相落雷時，由于先對地閃絡(luò)的一相相當(dāng)于一條避雷線，增加了分流和對未閃絡(luò)相的耦合作用，使未閃絡(luò)相絕緣上的電壓下降，從而提高了線路的耐雷水平。

2.4 加強線路絕緣

由于輸電線路個別地段采用大跨越高桿塔（如：跨河、跨路桿塔），這就增加了桿塔落畦的機會。高塔落雷時塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為提高線路絕緣，降低線路跳閘率，我們近年來已經(jīng)陸續(xù)把110kV和35kV合成絕緣子。35kV和6kV配電線路多采用沖擊閃絡(luò)電壓較高的瓷橫擔(dān)來降低雷擊跳閘率。

2.5 裝設(shè)自動重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計，我國110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達75%~95%，35kV及以下的線路成功率約為50%~80%。因此，油田變電站在各個電壓等級的架空線路上都安裝了自動重合閘裝置。

2.6 安裝線路避雷器

即使在全線架設(shè)避雷線，也不能完全排除在架空線上出現(xiàn)過電壓的可能性，安裝線路避雷器后，當(dāng)雷擊過電壓超過避雷器的保護水平時避雷器便動作，給雷電流提供一個低阻抗的通路，使其泄放到大地，從而限制了電壓的升高，保障了線路、設(shè)備安全。目前，我們在35kV和6kV配電線路所有的配電變壓器一次側(cè)均安裝了ZnO避雷器。部分35kV聯(lián)絡(luò)線出口處安裝了放電間隙。

3 結(jié)語

架空線的防雷從工程設(shè)計階段就要認真加以考慮，應(yīng)根據(jù)本地的實際情況，采取切實可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時，真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣，輸電線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊。