雷電是一種大氣放電現象,產生于積雨云中,積雨云在形成過程中,某些云團帶正電荷,某些云團帶負電荷。它們對大地的靜電感應,使地面或建(構)筑物表面產生異性電荷,當電荷積聚到一定程度時,不同電荷云團之間,或云團與大地之間的電場強度可以擊穿空氣(一般為25~30 kV/cm),開始游離放電,我們稱之為“先導放電”。云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發展的,當到達地面吋(地面上的建筑物,架空輸電線等),便會產生由地面向云團的逆導主放電。在主放電階段里,會出現很大的雷電流(一般為幾十kA至幾百kA),并隨之發生強烈的閃電和巨響,這就形成了雷電。雷電一般伴有陣雨,有時還會出現局部的大

風、冰雹等強對流天氣。強雷暴天氣出現有時還帶來災害,如雷擊危及人身和電力設備安全,當家用電器、計算機機房直接遭雷擊或感應雷時將會被損壞,有時還會引起火災等。

1 雷電的特征及危害

1.1 雷電日

雷電活動從季節來講以夏季最活躍,冬季最少：從地區分布來講是赤道附近最活躍,隨緯度升高而減少,極地最少。評價某一地區雷電活動的強弱,通常是用“雷電日”,即以一年當中該地區有多少天發生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區的雷電活動強弱,雷電閂的天數越多,表示該地區雷電活動越強,反之則越弱。我國平均雷電日的分布,大致可以劃分為4個區域：西北地區一般在15日以下;長江以北大部分地區(包括東北)在15~40日之間;長江以南地區在40日以上：北緯23°以南地區平均雷電日達80日。廣東的雷州半島地區及海南省,是我國雷電活動最劇烈的地區,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,即使在同一地區內,雷電活動也有所不同,有些局部地區,雷擊要比鄰近地區多得多,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的“雷擊區”。當放電通道發展到離地面不遠的空中時,電場受地面物體影響而發生畸變。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年全國電網故障次數統計知,華中電網因雷擊造成的事故約占其事故總數的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的末端,僅黃河以北地區就有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。據統計,中原油田所在地年平均雷電日約為30天,局部易落雷區(如11OkV李拐變電站附近的采油二廠區域)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)輸電線路發生閃絡;

3)輸電線路從沖擊閃絡轉變為穩定的工頻電壓;

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,措施是沿線路裝設避雷線;防閃絡,就是使輸電線路受雷后絕緣不發生閃絡,措施是加強線路絕緣、降低桿塔的接地電阻;防建弧,就是使輸電線路發生閃絡后不建立穩定的工頻電弧,措施是系統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,措施是裝設自動重合閘等。

2 避雷措施

根據《工業與民用電力裝置的過電壓保護設計規范》(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 架設避雷線

架設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線,同時還具有以下作用：

1)分流作用,以減小流經桿塔的雷電流,從而降低塔頂電位;

2)通過對導線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓;

3)對導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓。

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。標準規定,220kV及以上電壓等級的輸電線路應全線架設避雷線,110kV線路一般也應全線架設避雷線,35 kV線路不宜全線架設避雷線,一般在變電所的進線段架設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線的屏蔽效果,減小繞擊率,避雷線對邊導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,這是配合架設避雷線所采取的一項有效措施。標準要求,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系統采用中性點經消弧線圈接地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數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,由于先對地閃絡的一相相當于一條避雷線,增加了分流和對未閃絡相的耦合作用,使未閃絡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,我們近年來已經陸續把110kV和35kV合成絕緣子。35kV和6kV配電線路多采用沖擊閃絡電壓較高的瓷橫擔來降低雷擊跳閘率。

2.5 裝設自動重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復性能,大多數雷擊造成的閃絡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。據統計,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

即使在全線架設避雷線,也不能完全排除在架空線上出現過電壓的可能性,安裝線路避雷器后,當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均安裝了ZnO避雷器。部分35kV聯絡線出口處安裝了放電間隙。

3 結語

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