送電線路雷害事故的綜合治理

摘要：分析送電線路上常用的幾種防雷措施的防雷效果，提出送電線路雷害事故應(yīng)進(jìn)行綜合治理。采用桿塔頂多針系統(tǒng)、降低桿塔接地電阻配合使用可以收到十分明顯的防雷效果。

一、引言

電力企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它同工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活密切相關(guān)。電力的傳輸和分配是通過各種不同電壓等級(jí)的送電線路來完成的。因此，如何保證送電線路的安全運(yùn)行是確保電力供應(yīng)、國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長的關(guān)健，送電線路的安全可靠運(yùn)行直接涉及整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。然而，送電線路裸露于曠野之中，影響送電線路運(yùn)行安全有諸多因素，主要影響因素有：雷害、樹（竹）障、空氣污染和偷盜等四個(gè)方面。對(duì)于樹（竹）障、空氣污染和偷盜等方面的影響的危害，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行描述和分析，因此能夠采取明確有效的措施予以防止。但是，雷害是一種自然現(xiàn)象，具有其自身的客觀規(guī)律，不以人的意旨而轉(zhuǎn)移，所以，雷害對(duì)送電線路運(yùn)行安全的威脅最大。

二、雷電活動(dòng)規(guī)律

雷電是一種自然現(xiàn)象，并具有其自身的客觀規(guī)律。首先，雷電活動(dòng)具有一定的周期性。根據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析，雷電活動(dòng)周期大約在11年左右。因此，評(píng)價(jià)一種防雷措施的效果的時(shí)間至少應(yīng)為一個(gè)雷電活動(dòng)周期。

其次雷電活動(dòng)按地區(qū)分布也具有一定的客觀規(guī)律。從赤道向兩極遞減，潮濕地區(qū)比干冷地區(qū)多雷，陸地比海洋多雷，山區(qū)比平原多雷。

另外，雷電活動(dòng)具有一定的時(shí)間性。雷電一般發(fā)生于4—10月，6—8月雷電活動(dòng)最為強(qiáng)烈。

對(duì)送電線路的雷害事故進(jìn)行治理之前，應(yīng)根據(jù)雷電活動(dòng)具有周期性這一客觀規(guī)律，統(tǒng)計(jì)送電線路在一個(gè)雷電活動(dòng)周期內(nèi)的雷擊跳閘情況，計(jì)算送電線路在一個(gè)雷電活動(dòng)周期內(nèi)的平均雷擊跳閘率，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來確定送電線路雷害事故的防護(hù)措施，從而減少雷害事故的發(fā)生。這樣，既不會(huì)對(duì)雷擊跳閘率低的送電線路因采取過于嚴(yán)密的防雷措施，造成不必要的資金浪費(fèi)。又不會(huì)因?yàn)榻枋┎蝗斐伤碗娋€路雷擊跳閘率偏高，影響送電線路仍致整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，在考慮送電線路防雷措施時(shí)應(yīng)根據(jù)雷電活動(dòng)在不同地區(qū)的分布情況不同的客觀規(guī)律，不同的地區(qū)分別對(duì)待，否則，一方面是造成不必要的浪費(fèi)，另一方面是不能有效地防止雷電對(duì)送電線路的破壞作用，影響正常的供電秩序，給國民經(jīng)濟(jì)造成損失。

三、影響雷擊選擇性的因素

根據(jù)運(yùn)行資料分析，地面落雷受地形地貌及地質(zhì)條件影響。地開地貌的影響有：如“半島”形山頭及起伏陡峭的地形邊緣、孤立或高差懸殊的山頂，這些地方都是易落雷的地點(diǎn)。這些地點(diǎn)易遭雷擊的主要原因是：地形坡度降低于避雷線的屏蔽作用，增加了導(dǎo)線的繞擊率。山勢際峻，易造成強(qiáng)烈的空氣上升運(yùn)行，容易形成鋒面雷。220KV××線#10、#120桿位于“半島”形的山頭，這兩處桿都遭受雷擊，特別是#120桿發(fā)生多次雷擊故障。

山中的條形盆地，江河、湖泊及水庫邊緣的山頂或山坡，地下水出口或露頭處、地表裂隙等處也是雷擊放電的易擊點(diǎn)。

另外，與氣象條件有關(guān)的向陽山坡或迎風(fēng)山坡、與植被有關(guān)的森林及茂盛的灌木草叢等地對(duì)雷擊的選擇性也有一定的影響。

影響雷擊選擇性的地質(zhì)方面的因素有不同性質(zhì)巖石的分界地帶、地質(zhì)年代線錯(cuò)綜復(fù)雜的地帶、地質(zhì)構(gòu)造上的斷層地帶、礦脈或含礦巖石和局部的良導(dǎo)電地帶。

四、防止雷害事故的措施

這電線路的防雷措施目前主要有：（1）架設(shè)避雷線；（2）采用自動(dòng)重合閘裝置；（3）降低桿塔接地電阻；（4）加強(qiáng)線路絕緣；（5）架設(shè)耦合地線；（6）采用塔頂多針系統(tǒng)。這些防雷措施對(duì)減少送電線路的雷害事故都有一定的作用，但各種的防雷措施的防雷效果不盡相同。

1、架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是送電線路采用的最基本的防雷措施之一。它在送電線路防雷方面具有：防止雷直擊導(dǎo)線：雷擊塔頂時(shí)對(duì)雷電流有分流作用，降低雷擊桿塔時(shí)塔頭絕緣（絕緣子串和空氣間隙）上的電壓；對(duì)導(dǎo)線有屏蔽作用，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。盡管避雷線具有許多防護(hù)直擊雷和感應(yīng)雷的功能，但是單獨(dú)采用這一措施并不能收到有效的防雷效果的，必需同其他防雷措施配合使用，如不能防止雷繞擊事故的發(fā)生。桿塔接地電阻太大則影響雷電流的釋放，從而提高桿塔頂?shù)碾娢?，造成反擊事故的發(fā)生。避雷線對(duì)直擊雷和感應(yīng)雷防護(hù)具有顯著的作用，而送電線路雷擊跳閘的50%是因?yàn)槔桌@擊導(dǎo)線而造成的，特別是山區(qū)送電線路雷電繞擊故障跳閘點(diǎn)的比例更大。

2、采用自動(dòng)重合閘

自動(dòng)重合閘的作用是當(dāng)送電線路發(fā)生瞬時(shí)故障跳閘時(shí)迅速重合使線路重新恢復(fù)供電，減少線路故障停電時(shí)間。送電線路上發(fā)生的雷害事故基本上都是瞬間故障，因此自運(yùn)重合閘也是一種防止送電線路雷害事故的措施，但僅僅只是一種補(bǔ)救措施。之所以這樣講，是因?yàn)樗⒉荒芊乐顾碗娋€路雷害事故的發(fā)生，而只能是在送電線路發(fā)生雷害事故后，將送電線路與系統(tǒng)暫時(shí)隔離，阻止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。然而，因受斷路器的性能和使用壽命限制，雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)的送電線路自動(dòng)重合閘應(yīng)慎重使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國110KV以上送電線路的自動(dòng)重合閘的成功率可達(dá)75%—95%，35KV及以下線路自動(dòng)重合閘的成功率為50%—80%。

3、降低桿塔接地電阻

對(duì)一般高度的桿塔，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平防止反擊的有效措施。送電線路桿塔接地裝置一般為水平敷設(shè)的接地體（帶、管），也有垂直接地體。當(dāng)桿塔周圍土壤電阻率太高時(shí)則采用引外接地或連續(xù)伸長接地線。桿塔設(shè)計(jì)接地裝置的目的是為了在雷擊桿塔頂或避雷線時(shí)保證雷電流向地的釋放，降低桿塔的電位，防止發(fā)生反擊事故的發(fā)生。

連續(xù)伸長接地線是沿線路在地中埋設(shè)1、2根地線，并與下一桿塔接地體相連，此時(shí)，對(duì)工頻接地電阻值不作要求。國內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，它是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施，能有效降低桿塔雷擊故障。如某110KV送電線路的#65桿位于山頂，經(jīng)常遭受雷擊，后采用伸長接地線與#66桿相連。采取這種措施后，#65桿運(yùn)行7年多時(shí)間再未遭受雷擊。這種方法只能使用在地形起伏不大的地方且相鄰兩基桿塔檔距較小桿塔。

在高土壤電阻率山巖地區(qū)的桿塔接地裝置，采用引外接地體或采取敷設(shè)接地降阻劑和導(dǎo)電混凝土的措施來降低桿塔接地電阻。但不論是敷設(shè)化學(xué)降阻劑，還是敷設(shè)導(dǎo)電混凝土，都能大幅度降低桿塔接地電阻值，但費(fèi)用相當(dāng)，每米約需費(fèi)用40元（含材料費(fèi)、施工費(fèi)、不包括賠償費(fèi)）。

從運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)分析，遭受雷擊的桿塔有很大一部分桿塔的接地電阻小于10Ω，有的甚至只有2.5Ω。因此，降低桿塔接地電阻雖然可以起到一定的防雷效果，但它并不能防止雷電對(duì)送電線路的危害。這是因?yàn)槔纂娎@過避雷線擊于導(dǎo)線而發(fā)生的繞擊事故。對(duì)于高塔，改善接地電阻收到的防雷效果則更差。因?yàn)楦邨U塔自身電感上產(chǎn)生的壓降是主要的組成部分，而在接地電阻上產(chǎn)生的壓降很小另外，高桿塔發(fā)生繞擊的幾率也較大。

4、加強(qiáng)線路絕緣

送電線路耐雷水平是雷擊桿塔頂及桿塔附近的避雷線時(shí)引起線路絕緣閃絡(luò)的臨界雷電流值。它是表征送電線路耐雷性能的一個(gè)基本參數(shù)。對(duì)于一定型式、尺寸和絕緣水平的桿塔，在同一波形的雷電流襲擊下，只存在一個(gè)確定的耐雷水平。

送電線路而雷水平綜合等值法的計(jì)算公式：

式中：K—計(jì)及電暈影響的耦合系數(shù)

β—桿塔分流系數(shù)

Rch—桿塔沖擊接地電阻（Ω）

Lgt—桿塔電感

Ha—導(dǎo)線的平均高度（m）

U50%—絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓

雷電繞擊導(dǎo)線的耐雷水平的計(jì)算公式：

I2= U50%/100

U50%——絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓。

U50%=KNU50%

式中K——絕緣子串絕緣子個(gè)數(shù)

U50%——每個(gè)絕緣子50%沖擊閃絡(luò)電壓

由以上的計(jì)算公式可以看出，增加線路絕緣子個(gè)數(shù)提高絕緣子串U50%，從而可以提高送電線路的耐雷水平和繞擊導(dǎo)線的耐雷水平。如220KV送電線路增加兩片絕緣子，可以提高線路耐雷水平15.38%。送電線路絕緣水平的高低（絕緣子和塔頭上相應(yīng)的空氣間隙）直接影響線路的造價(jià)。因此在滿足線路正常運(yùn)行和內(nèi)過電壓要求的前提下，只能在很有限的范圍內(nèi)考慮加強(qiáng)絕緣。

5、架設(shè)耦合地線

架設(shè)耦合地線能在雷擊塔頂時(shí)起到進(jìn)一步的分流作用和耦合作用，降低桿塔絕緣上所承受的電壓，提高線路耐雷水平。

目前，架設(shè)耦合地線的一般方法是：利用線路桿塔直接在導(dǎo)線下面架設(shè)單（雙）耦合地線，對(duì)耦合地線在桿塔處掛線點(diǎn)作適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)，但用這種方法來架設(shè)耦合地線受桿塔強(qiáng)度、地形、地貌和線路下交叉跨越物限制，不適宜全線架設(shè)，只能有選擇地在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地段架設(shè)。這樣不僅可以節(jié)約費(fèi)用，而且可以收到較好的防雷效果。用這種方法架設(shè)耦合地線，由于耦合地線始終處于邊導(dǎo)線以內(nèi)，因此，這樣架設(shè)耦合地線可以降低雷擊桿塔頂時(shí)反擊事故的發(fā)生機(jī)率，不能防止繞擊事故的發(fā)生。

另一種架設(shè)耦合地線的方法是：如果線路所經(jīng)過地段的雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈，那么在線路上方架設(shè)耦合地線，耦合地線路徑走向與線路走向交錯(cuò)穿行，并與線路走向成45°夾角，耦合地線使用的桿塔位置與線路的水平距離按倒桿距離確定。通過這種方法架設(shè)的耦合地線不僅可以減少線路直擊雷和感應(yīng)雷對(duì)線路的危害，而且可以減少雷繞擊導(dǎo)線的危害，收到很好的防雷效果。但是這樣架設(shè)耦合地線，勢必需要很大資金。

還有一種架設(shè)耦合地線的方法是：對(duì)于雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)的單避雷線、導(dǎo)線按上方形布置的線路，則可以在與上導(dǎo)線同一高度的反方向上架設(shè)單耦合地線，這樣架設(shè)耦合地線既起著避雷線的作用，又具有耦合地線的功能，并改善桿塔受力，也減少單邊相導(dǎo)線落雷機(jī)率，可改善線路耐雷性能。

6、采用多針系統(tǒng)防雷

多針系統(tǒng)是一種簡便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)效的防雷措施，是由送電線路一線運(yùn)行管理人員根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的一項(xiàng)簡易有效的防雷措施。這種多針系統(tǒng)的組成是：一根水平放置的角鋼，水平和豎直排列數(shù)根適當(dāng)長度的φ?qǐng)A鋼和球形布置于各圓鋼頂上的長200mm的GJ—70型多股鋼絞線。這一措施的理論依據(jù)是尖端放電，其原理是：在雷暴和降水的強(qiáng)電位梯度中，即使不很高的金屬尖端也能產(chǎn)生可觀的電流，并且在尖端放電不致造成閃電的條件下，局部空氣電導(dǎo)率將增加，因而阻止這一區(qū)域內(nèi)場強(qiáng)的進(jìn)一步增大。根據(jù)這一原理，在線路桿塔頂安裝多個(gè)尖端，當(dāng)雷暴來臨時(shí)，這些金屬尖端發(fā)生電暈放電 

路的具體措施時(shí)，應(yīng)結(jié)合線路的實(shí)際情況，有選擇地使用，從而收到有效降低線路雷擊跳閘率的目的。

1、由于送電線路的各種防雷措施的防雷效果各不相同，因此，對(duì)于送電線路的雷害事故必須采用綜合治理的方法進(jìn)行治理，從而達(dá)到降低送電線路雷害事故的目的，保證送電線路在雷雨季節(jié)的安全運(yùn)行。

2、對(duì)于一般地區(qū)（雷暴日小于40日地區(qū)）根據(jù)規(guī)程規(guī)定，采用架設(shè)避雷線和降低桿塔接地電阻這兩種防雷措施，并投入線路自動(dòng)重合裝置，可以收到較好的防雷效果。

3、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，山區(qū)線路與平原線路相比，山區(qū)線路由于地形上的差異、地表傾角的存在和有效高度的增加，因此山區(qū)線路的繞擊事故率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)程的規(guī)定值，這也是山區(qū)線路事故率增加的主要原因。

4、在桿塔頂安裝多針系統(tǒng)是一種簡便、經(jīng)濟(jì)和實(shí)效的防雷措施，是由送電線路一線運(yùn)行管理人員根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的，是一項(xiàng)有效的送電線路防雷措施，特別對(duì)防止山區(qū)送電線路的雷害事故有十分明顯的效果。

5、從雷擊桿塔的模式分析，雷擊過程中起作用的是空間放電通道和桿塔本身的波阻抗以及桿塔的復(fù)合暫態(tài)阻抗（不是塔基的工頻接地電阻）。繞擊則完全與桿塔的接地電阻無關(guān)，而決定于導(dǎo)線的幾何尺寸、布置和導(dǎo)線的波阻抗。

6、對(duì)具體線路的防雷綜合治理，應(yīng)根據(jù)詳細(xì)的雷擊線路的統(tǒng)計(jì)資料（最好是一個(gè)雷電活動(dòng)周期），結(jié)合沿線的地形、地貌、地質(zhì)情況，進(jìn)行綜合分析，從而找到該線路的雷電多發(fā)區(qū)、易擊區(qū)（點(diǎn)），然后采取有針對(duì)性的措施，才能收到較好的防雷效果。