雷电对高压输电线路的危害及其防范措施
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摘要:详细分析了雷电对电力线路的危害性,按照线路电压等级列出雷击的不同危害,评述国内外常规的防雷方法及现在防雷的方法和措施,对实际现场应用起到借鉴参考作用。
关键词:雷电危害;防范措施;氧化锌避雷器
打雷闪电是一种常见的自然现象,雷电对人类社会生产生活的危害也历来存在,但是随着社会的发展,电力、通讯、石油等其他能源网络日益完善,雷电的危害就显得十分突出,为此,人们不断地采用各种方法防止雷害,因此,如何更有效地防止雷害,减少雷电对电力网络的破坏越来越受到有关人员的关注。
一、雷电对电力线路的危害
(一)配电线路
配电线路是直接面向用户供电的线路,配电线路由于绝缘水平低,雷击危害的主要后果为跳闸,断线。其中,断线较为频繁,尤其是对架空绝缘线路,直接引起对用户的停电,往往停电时间较长。
雷击对配电线路的作用特点如下:架空线路上产生雷电过电压有两种,一种是雷直击线路引起的直击雷过电压,另一种是雷击线路附近由于电磁感应所引起的感应雷电过电压,配电线路的雷击中约20%是直击雷,而其中50%以上直击雷的电流超过20KA,约80%是感应雷,其中95%以上感应雷的放电电流小于1000A。
(二)输电线路
输电线路为电网的主要网架,其运行安全是整个电网安全运行的保障,目前,输电线路受雷害的主要表现为雷击跳闸,断线等,比较多的表现形式为雷击跳闸,这样对单电源运行的变电站就会全站停电直接影响到整个片区的供电,同时,电压等级越高,线路的安全运行与雷电危害的矛盾就越突出,如200KV线路,当线路满负荷运行,当受到雷击跳闸时,由于该线路的带的负荷无法瞬间转移,甚至会因其他原因产生电网瓦解的事故,扩大雷害的影响,造成更大的损失。因此,现在的超高压线路的设计首先把线路的防雷设计作为重中之重。
二、对雷电危害的防护
(一)常规防雷措施
安装雷电保护装置或叫避雷装置是比较常用的防雷措施。其基本原理是将雷电所产生的高电位,大电流及时旁路入地。由于地球是一个巨大的良导体,使泄入大地的雷电流很快分散,从而可以保护其所保护范围内的其他物体不受雷击损害,起到避雷作用。
(二)新技术的防雷措施
1.消雷器的防雷
消散电流对雷云净起电电流的削减,无消雷器时雷云的散失电流为IR0,当有消雷器时,消散电流IP的出现将增大雷云的散失电流IF1,增大的量等于消散电流的KP倍。即,IF1=IR0+KPIP。对于一个具体的雷云来说,其起电电流是恒定不变的,因此消散电流的出现使雷云净起电电流比无消雷时减小了KPIP。
2.雷电定位系统防雷
近年来,随着微电子技术的蓬勃发展及雷电回击场的基础性研究取得了可喜成果。大大促进了雷电遥测技术的发展。美国成功研制了能精确定位地雷电定位系统(LLS)并首先应用于肯尼迪宇航中心,它的诞生,是雷电探测和预警技术的划时代标志。
3.配电线路的防雷措施
如前所述,雷电对配电线路的危害主要表现在线路跳闸,继线,其中,继线为频繁,直接引起对用户的停电,所以对配电线路必须重点防止雷击断线。
4.安装接地避雷线
在空旷地区对配电线设置接地避雷线进行屏蔽,导线上的感应过电压将降为1-K倍,K为避雷线与导线之间的耦合系数与冲击系数之积。对于导线高主工业区11M,导线间距为0.7M的配电绝缘线路,假设雷击点距离此线路50M,雷电流幅值为100KA,未架设地线时,感应过电压的最大值为550KV,如果安装了一根架空地线,高度为12M,则感应过电压的最大值可降低为330KV,降低了40%。可见采用架空地线限制感应过电压的作用还是比较大的,但是因为中压配电线路的绝缘导线,所以此方式对防止雷击断线而言并不能起到多大作用,因此只有在直击雷频繁区域架设地线以防直击雷,并作为防止感应雷电过电压雷击断线的辅助手段。
5.安装避雷器
在配电线路上安装避雷器是世界各国广为采用的一种方法。其限制配电线路雷电过电压的作用大致有两个方面:一是限制感应过电压幅值,二是雷击闪络后吸收放电能量,限制工频续流,达到保护导线的目的。对避雷器的选择应综合考虑。为了降低避雷器的故障率,延长避雷器的使用寿命,避免因加装的避雷器缺陷引起线路故障,宜采用有间隙的氧化锌避雷器,ZN0阀片正常时不承受工频电压作用。不老化,只有在雷电过电压及工频续流时才动作。因为95%以上的感应雷的放电电电流小于1000A,在避雷器的通流能力选择上考虑技术经济性,宜选用5KA的限流元件,但遭受直击雷时电流大多超过20KA,此时避雷器将因其通流能力不足而爆炸。
6.安装防导线熔断装置
采用放电钳位绝缘子,在绝缘线固定处削离绝缘层,加装金属线夹以承受工频续流,并设置引弧放电间隙,使工频续流不烧伤绝缘子,变电站出线开关跳闸以熄灭工频续流,据其统计,绝缘线断线率由1982年的0.115件/百公里,年降为1991年0.005百公里,效果明显。该方式投资可能比采用避雷器方式少,不需接地装置,但需对针式瓷瓶更换,并在绝缘线固定处需剥离绝缘层,为防水和提高供电可靠性,又需再外罩绝缘罩,施工麻烦。
三、结束语
接地系统的概念是一切防雷措施的基础,在进行防雷的各项措施中,首先必须保证接地系统状态良好,以确保雷电流泄入大地,才能对雷击进行防护。消雷器是一种较好的防雷措施,消雷器是目前出现的较新的防雷措施,对消雷器的使用经验来看,把它作为一种防雷的手段是较好的,由于大气条件的复杂多变,消雷器受雷击也许是不可避免的。不应将这看成消雷器的失败,更不宜以此否定它。建议进一步开展对消雷器的试验,以推进直击雷防护技术的发,雷电定位系统是一种与雷电长期抗战的有利措施。
参考文献
[1]架空送电线路设计技术规程[M].北京水利电力出版社,1979.
[2]实用电力接地技术[M].北京:中国电力出版社,2001.
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