淺析配電線路防雷技術

【文章摘要】
雷擊是電力網絡的主要危害之一， 通過對傳統防雷措施，如避雷針，避雷器，避雷線等設備的討論分析，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備的管理維護問題，簡單分析了目前防雷形式，強調了配電線路防雷對供電可靠性的重要性。
【關鍵詞】
配電線路；防雷；避雷器；避雷針
0 概述
電能已經成為人們生產生活不可或缺的能源之一，隨著科技的迅猛發展，我們周圍的許多產品都需要電能來推動，電力工業的發展水平已經成為衡量一個國家經濟水平的一個重要指標。因此保證電力的可靠供應，使其滿足社會生產生活需要就顯得尤為重要，但是現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，配電線路經常會因為受到雷擊的影響而發生斷線跳閘故障，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，而且一旦發生修復起來也相對繁瑣，給生產生活用電帶來了極大的困擾，而且由于雷電的隨機性與不可預知性，想要徹底地杜絕因雷擊而發生的跳閘事故，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今供電企業所必須重視的問題之一。特別是以10kV 為主的配電線路，10kV 配電線路是當今中國最主要的供電線路，覆蓋了大部分的城市與農村，也因此10kV 電壓等級發生雷擊的次數比其他等級多的多。綜上所述， 配電線路的防雷已經越來越得到國內外各大供電企業的重視，各種針對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到最優的效果。
1 雷擊危害和配電線路受雷擊閃絡的原理
1.1 雷擊的危害
早在人類利用生產電力以前，大自然中就已經存在雷電了，雷電簡單的說是大
圖1 ：階梯式應用能力培養序列
氣中的放電現象，當云層中，云層間，云與大地之間的電位差達到一定程度就會發生猛烈的放電現象。當雷擊擊中建筑物或者人體時，高達幾萬安培的電流會產生巨大的熱量以及電磁效應，它會引起建筑物的猛烈燃燒，設備的直接損毀，以及灼傷人體等，特別對配電線路，有著致命的打擊，一旦發生雷擊線路的情況，在沒有可靠防雷措施的情況下，線路基本會發生燃燒斷線等不可恢復性故障，給生產生活帶來巨大的不便。
1.2 配電線路遭受雷擊閃絡的原理
當線路桿塔受到雷擊時，塔頂的電位迅速拉高，設為U1，當此電位與線路感應電位U2 的電位差超過絕緣子50% 放電電壓U3 時就會發生閃絡。因此評價一個桿塔的耐雷擊水平包括三個方面：1 雷擊電流的大小，這是主要因素，雷電流越大越容易發生閃絡；2 絕緣子的放電電壓U3，U3 越大越不容易發生閃絡；3 桿塔的接地電阻，桿塔接地電阻越小越不容易發生閃絡。因此對于配電線路防雷，可以從提高桿塔耐雷水平方面考慮。
2 配電線路防雷技術運用
2.1 導線更換
提升配電線路耐雷擊水平，優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，中國電網開始新建，由于剛經歷戰亂，生產力低下，當時的電網基本采用金屬裸導線，直到20 世界初，隨著生產力的提高，經濟的發展，中國電網開始改造，將原先的裸導線更換成絕緣導線， 新建的配電線路網架基本采用了絕緣導線。從而使因雷擊而發生的故障率大幅下降，同時降低了偷電的發生。最優的方式還是采取地下電纜的方式，這在國外某些發達國家已近普及，但是就目前的中國國情來看尚無法大范圍推廣，只能在少數地方運用，具有相當大的局限性，而且成本投入相對較大。因此就目前而言，采用架空絕緣導線是性價比相對較高的一種防雷措施，在新建電網中因盡量使用絕緣導線，對舊電網改造時，考慮優先將導線換成絕緣導線以提升整個電網的防雷水平。
2.2 不同因素下的防雷措施
配電線路防雷，應盡量結合當地特點，切不可生搬硬套，片面的追求耐雷電能力，而忽視經濟效益。在雷擊活躍的地區，要為配電線路配置避雷針。避雷針是可以使雷云電場畸變，誘發雷閃對其放電，這樣就能起到對線路的保護作用，但是避雷針的保護范圍是有限的，與其高度成正比，它可以用在對重要配電設備線路的保護，但傳統的避雷針有時會引發下行雷放電，反而會對周邊保護設備產生影響，因此現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雷電流小的上行雷對其發生雷閃，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的作用。在多雷區還可以使用避雷線，避雷線可以減少雷電直擊導線，同時還有對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，但是特殊的多雷地區，可以考慮給110kV 以下電壓等級也配置避雷線。
避雷器是另一種有效的防雷措施，避雷器與避雷針是有區別的，避雷器一般是并聯在導線上，當線路受到雷擊或者因雷擊而產生感應電時，當其電位差超過避雷器耐受電壓時，雷電流便會通過避雷器引導至大地，從而起到防止線路因雷擊而造成斷裂的發生。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擊穿間隙使得雷電流得以分流，平時不耐受工頻電壓，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，各有優略，需結合實際運用，隨著科技發展產生了以上兩種的改進型避雷裝置，那就是過電壓保護器（帶環裝間隙金屬氧化物避雷器）以及外串間隙線路型避雷器，結合中國國情，后者在線路防雷上運用較多。在多雷區，以上幾種是常用的防雷措施。而相對的在少雷區，可以適量或者不安裝避雷措施。
除了雷區不同會使得防雷措施不同以外，在設計施工或者老舊線路改造的時候，還需要結合當地的地理情況。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及時的分流雷電電流，鉗位電壓，使得線路不發生閃絡斷裂等故障。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現。由于不同地區的土層結構不一樣，有些地區， 比如平原地區的接地電阻普遍較小，而山區丘陵巖層地區的接地電阻普標較高。在無法改善接地電阻的情況下，可以采用玻璃纖維環氧樹脂復合材料來制作桿塔，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地勘察后做特殊處理。一般接地電阻應控制在4 歐姆以內，在達不到要求的區域可以通過填埋降阻劑來解決。
2.3 配電線路防雷設備管理
在結合實際得出合理的防雷設計以后，還需要做好安裝與維護工作，有時候線路出現雷擊故障不是因為防雷措施沒有做到位，而是出現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備措施安裝監管工作，特別是在導體鏈接，接地體焊接工作時，如果出現虛焊那么再好的防雷設備也是形同虛設，因此在安裝之后需要認真對防雷措施進行測試驗收。對已經投入運行的防雷設備，需要做好日常巡視維護工作，對相應設備做好維護記錄，在重要防雷設施處需要裝設警示牌，及時處理線路雜物， 比如掛在導線上的風箏等，靠近導線的樹枝需要及時修剪清理。積極與當地政府配合做好電力設備防盜，防損壞工作。由于避雷針，避雷器，避雷線等防雷設備長期暴露在室外，很容易發生腐蝕老化，因此需要在平時不影響防雷效果的情況下，做一些適當的防腐蝕措施，盡量延長其使用壽命，同時要確定維修檢測周期，并且嚴格執行。
3 結束語
電力的可靠供應是國民經濟發展的有力保障，配電線路防雷措施的應用可以有效的降低因雷擊造成的停電事故率，提升了電力系統可靠性，但是就目前而言傳統的防雷措施還有待改善，盡管避雷針，避雷器等避雷設備防雷效果較好，但是由于成本以及維護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，開發新的防雷設備，應用新的防雷措施，比如結合高科技產品衛星電腦等設備來提升防雷水平。由于雷擊的不可避免性，防雷將長期是電力企業必須面對的一個問題，需要時刻努力去改善和提高防雷效果。