论文部分内容阅读
摘 要：改革开放以来，我国经济取得了举世瞩目的成果，同时用电量也水涨船高，相应的供电安全也自然而然地成为了电力部门工作的重点。本文首先介绍了高压输电线路雷击产生的原因和影响，以及220kV高压输电线路防雷的意义和具体原则，之后着重分析了防雷和接地技术的相关方法，希望能够为电力部门的输电工作提供借鉴和参考。
关键词：220kV；高压输电线路；防雷接地；绝缘；避雷器
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0063-02
引 言
人们生活水平的提高，使得日常的用电量显著增加，这对于高压输电线路而言，是一个不小的考验。尤其是在一些恶劣的天气条件下，经常产生雷击现象，对输电系统造成了很大的破坏。那么如何保障供电通畅，顺利完成电力供应，成为了电力部门需要认真落实和解决的问题，下面从高压输电线路的防雷接地技术谈起。
1 220kV高压输电线路雷击产生的原因及影响
因为220kV高压输电线路大多处于架空状态，那么发生雷击时，会形成巨大的感生电流，而这股强电流会随着输电线路流入到电力系统中，从而对设备和系统造成损害。虽然目前高压输电线路安装了避雷器以及避雷装置，但是由于雷击发生时间发生短，这些装置不能及时作出反应，加上残压较大，无法保证输电线路的防雷效果。在雷击发生之前，雷云会在导线周围形成感应电荷，向大地放电的过程中将导线中的感应电荷转为自由电荷，从而朝着线路的两侧进行移动，产生感应电压。
受到雷击后的220kV高压输电线路就会发生短路，导致运输功能丧失，无法正常进行输电。尽管雷击发生的时间很短，但是瞬间就会使得整个输电线路发生变化，从而使得居民没有电可以使用，有些雷击甚至会对人体造成伤害，威胁生命，所以影响十分严重。
2 220kV高压输电线路防雷的原则
为了减轻雷击造成的危害，避免人员伤亡，同时节约成本，维护国家利益，需要切实做好防雷工作。那么应该遵循以下原则，需要根据不同地区的输电情况以及气候条件采取不同的防雷措施，尤其是要因地制宜地制定科学可行的防雷方案。同时，对高压输电线路进行分段评估，做出应急预案，从而针对性地采取应急措施。但是需要注意的是，雷击发生的情况比较随机，预测并不十分准确，加上土壤电阻率各有不同，所以需要灵活运用防雷技术。
3 220kV高压输电线路的防雷技术
3.1 设置接闪杆
因为杆塔侧向的接闪杆吸引雷电的能力较强，并且能够扩大避雷线的保护区域。如果遇到雷云放电，那么在一定的距离之内，接闪杆能够及时调整电场的移动方向，从而将雷云中的大部分电荷集中在接闪杆附近，之后进行集中释放。需要说明的是，接闪杆的优点比避雷线的优点大，尤其是它的造型特殊，这种针型结构能够增强对于地空中弱雷的吸引，进而降低雷电效果。
3.2 铺设避雷线
众所周知，预防高压输电线路发生雷击的有效手段就是铺设避雷线。避雷线主要有两方面的作用：①能够将雷电进行分流，将大部分雷电引到远离输电线路的范围，从而间接保护输电线路。②对于雷电在输电线路中产生的电流，避雷线能够进行分散和引流，进而降低损害程度。同时因为导线本身的耦合性，能够被避雷线充分利用，之后降低电压，减少电压过高发生感应的情况。而且避雷线的成本不高，并且在220kV高压输电线路中防雷的效果突出，所以现在大多数高压输电线路都选择铺设避雷线作为防雷的基本和重要方式。
3.3 增强绝缘性
如果220kV輸电线路的杆塔距离地面越远，那么发生雷击的概率就越大，相应产生的感应电流也越大，所以一般都选择高度在35m左右的杆塔，这样能够确保雷击造成的损失在可以控制的范围内。但是不可以大范围地使用杆塔对高压输电线路进行架空，因为一旦发生雷击，可能发生连锁反应，所以需要适当地在杆塔中加入绝缘子，保证杆塔的高度与绝缘子的数量成正比。
3.4 不平衡法则
由于目前大部分220kV高压输电线路为了节约占地面积，都采取同杆架设的方法，这样就不可避免地发生双回路的现象。那么如何区别双回路绝缘子串片呢？就需要合理运用绝缘方式中的不平衡法则，进而使其差异性更加明显。而避雷器是一种保护电气设备免受雷击产生的高瞬态过电压危害，并且能够限制续流时间的电器，通常在电网导线与地线之间进行连接，是一种常用的防雷设备，避雷器安装情况如图1所示。
做个简单的说明，如果发生雷击，那么高压输电线路中的绝缘子串片数量越少，就越容易发生闪络，而且这种效果与地线并没有太大差别，所以能够很好地提升另一根导向的耦合性，从而提高输电线路整体的防雷性。一般而言，两条线路的绝缘比不能过大或者过小，科学的比例应该在1：15左右，高于这一比例会造成线路故障，而低于这一比例则起不到很好的防雷效果。有鉴于此，必须合理安装线路，科学确定比例以及绝缘子的片数[1]。
3.5 安装重合闸
220kV高压输电线路有一个明显的特点，就是本身具有修复性，如果发生雷击，短时间内可以解决雷电引起的部分问题，其中较大的问题有闪络、跳闸等，这样能够在一定程度上保证了线路的安全。而通过安装自动重合闸装置，能够更好地对故障进行分析和判断，从而确定故障的类型，是短期临时故障，还是长期永久故障，进而针对性地进行解决。以往很多发生雷击的输电线路都是单相闪络，这样就可以直接安装重合闸，从而降低雷电造成的危害，减少损失。
4 220kV高压输电线路的接地技术
4.1 耦合地线
如果接地电阻在降低方面比较困难，那么就可以选择架设耦合接地线的方法进行调整。比如在导线的下方增加接地线，之后增强耐雷效果，进而降低跳闸故障发生的概率。而且耦合接地线能够减少杆塔的分流，并且对于那些接地电阻率比较高的雷电感生电流，能够使其在临近接地装置时进行分流，从而减少感应电压的作用。另外，耦合接地线可以加强导线和地线之间的耦合度，降低雷击对绝缘子的破坏程度。 4.2 接地电阻
如果降低了杆塔的接地电阻，那么就可以有效地减少流经塔顶的电压，从而减缓冲击，保护高压输电线路，而且不容易发生跳闸现象。一般情况下，接地的电阻与土壤本身的电阻率有着很大的关系，并且和接地电极的形式也有不小的联系。也就说是，在已经安装接闪杆后，高压输电线路在面对土壤电阻低于100时，接地电阻不应该高于10；而土壤电阻低于500时，接地电阻不应该高于20；如果土壤电阻低于1000时，接地电阻不应该高于30；如果土壤电阻低于2000时，接地电阻不应该高于40，所以可以改变土壤的电阻率，从而调整接地电阻的大小[2]。
4.3 垂直地级
在进行220kV高压输电线路的假设和安装过程中，经常会遇到土壤接地质量不佳的情况，那么为了缓解和优化这一问题，需要安装垂直地级。但是垂直地级的安装情况复杂，需要注意的问题也比较多：①如果遇到铁塔，那么垂直地级的安装需要与杆塔的距离保持在7～8m之间。②如果是水泥的杆塔，那么杆塔的垂直地级要与杆塔本身保持3m以上的距离，但是不能超过5m。至于垂直地级的加工，可以采取角钢的形式，长度保持在2m以上，每个垂直地级之间应该相隔5m左右。③如果土壤的电阻较高，那么就需要加深地级的掩埋深度，如果情况特殊，可以在1m以下。④如果遇到坡地，那么安装地级之间必须做好实地测量，并且根据地表的不同深度合理计算尺寸，防止夏季降雨以及山洪等对垂直地级造成干扰和破坏，典型垂直地级的接地情况如图2所示。
4.4 消弧线圈
这种接地技术在一些雷电活动频发、接地电阻异常高的地区得到了广泛的应用，并且取得了很好的效果。顾名思义，消弧线圈是一种带着铁芯的电感线圈，遇到雷击后，这种电感线圈能够迅速降低放电处的电压，从而有效地避免高压输电线路受到大的破坏。值得一提的是，即使二相和三相遇到雷击时，一相导线也不会发生跳闸，而且各个线路之间的耦合作用也使得绝缘子电压没有升高，从而提高了高压输电线路的防雷抵抗能力。
4.5 电磁感应
先不考虑实际情况，根据理论结果，能够发现耦合系数的升高以及接地电阻的降低都不约而同地起到了防雷的效果。而且耦合系数的提高与架空和耦合地线息息相关，加上实际情况中电磁感应的持续发生，可以提高耦合系数，所以这给我们带来的启示是：可以适当强化电磁感应杆塔接地的射线方式，也可以升级接地装置，只要是提高了电磁的耦合系数，就能够在一定程度上提高220kV高压输电线路的防雷能力[3]。
5 结 论
综上所述，220kV高压输电线路的防雷工作比较复杂，不是一蹴而就的事情，需要持之以恒，因地制宜地采取合适的防雷接地技术，从而保障线路的稳定与安全。通过本文上述的探究，能够为相关的工作提供切实可行的办法，而且这些技术易于操作，针对性较強，并且涵盖范围较广，很大程度上能够起到良好的防雷效果，这对于我国电力行业的发展大有裨益。
参考文献
[1]胡 炼，王 振，勾建磊.220kV高压输电线下电场分布分析[J].现代工业经济和信息化，2018，8（02）：91～94.
[2]向永康.分析高压输电线路的防雷保护及其绝缘配合[J].通讯世界，2018（09）：143～144.
[3]杨 军.关于220kV高压输电线路防雷接地的探讨[J].中国新通信，2018，20（17）：130.
收稿日期：2018-9-7
作者简介：陈耀坤（1979-），男，助理工程师，本科，主要从事输电线路运维检修工作。
关键词：220kV；高压输电线路；防雷接地；绝缘；避雷器
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0063-02
引 言
人们生活水平的提高，使得日常的用电量显著增加，这对于高压输电线路而言，是一个不小的考验。尤其是在一些恶劣的天气条件下，经常产生雷击现象，对输电系统造成了很大的破坏。那么如何保障供电通畅，顺利完成电力供应，成为了电力部门需要认真落实和解决的问题，下面从高压输电线路的防雷接地技术谈起。
1 220kV高压输电线路雷击产生的原因及影响
因为220kV高压输电线路大多处于架空状态，那么发生雷击时，会形成巨大的感生电流，而这股强电流会随着输电线路流入到电力系统中，从而对设备和系统造成损害。虽然目前高压输电线路安装了避雷器以及避雷装置，但是由于雷击发生时间发生短，这些装置不能及时作出反应，加上残压较大，无法保证输电线路的防雷效果。在雷击发生之前，雷云会在导线周围形成感应电荷，向大地放电的过程中将导线中的感应电荷转为自由电荷，从而朝着线路的两侧进行移动，产生感应电压。
受到雷击后的220kV高压输电线路就会发生短路，导致运输功能丧失，无法正常进行输电。尽管雷击发生的时间很短，但是瞬间就会使得整个输电线路发生变化，从而使得居民没有电可以使用，有些雷击甚至会对人体造成伤害，威胁生命，所以影响十分严重。
2 220kV高压输电线路防雷的原则
为了减轻雷击造成的危害，避免人员伤亡，同时节约成本，维护国家利益，需要切实做好防雷工作。那么应该遵循以下原则，需要根据不同地区的输电情况以及气候条件采取不同的防雷措施，尤其是要因地制宜地制定科学可行的防雷方案。同时，对高压输电线路进行分段评估，做出应急预案，从而针对性地采取应急措施。但是需要注意的是，雷击发生的情况比较随机，预测并不十分准确，加上土壤电阻率各有不同，所以需要灵活运用防雷技术。
3 220kV高压输电线路的防雷技术
3.1 设置接闪杆
因为杆塔侧向的接闪杆吸引雷电的能力较强，并且能够扩大避雷线的保护区域。如果遇到雷云放电，那么在一定的距离之内，接闪杆能够及时调整电场的移动方向，从而将雷云中的大部分电荷集中在接闪杆附近，之后进行集中释放。需要说明的是，接闪杆的优点比避雷线的优点大，尤其是它的造型特殊，这种针型结构能够增强对于地空中弱雷的吸引，进而降低雷电效果。
3.2 铺设避雷线
众所周知，预防高压输电线路发生雷击的有效手段就是铺设避雷线。避雷线主要有两方面的作用：①能够将雷电进行分流，将大部分雷电引到远离输电线路的范围，从而间接保护输电线路。②对于雷电在输电线路中产生的电流，避雷线能够进行分散和引流，进而降低损害程度。同时因为导线本身的耦合性，能够被避雷线充分利用，之后降低电压，减少电压过高发生感应的情况。而且避雷线的成本不高，并且在220kV高压输电线路中防雷的效果突出，所以现在大多数高压输电线路都选择铺设避雷线作为防雷的基本和重要方式。
3.3 增强绝缘性
如果220kV輸电线路的杆塔距离地面越远，那么发生雷击的概率就越大，相应产生的感应电流也越大，所以一般都选择高度在35m左右的杆塔，这样能够确保雷击造成的损失在可以控制的范围内。但是不可以大范围地使用杆塔对高压输电线路进行架空，因为一旦发生雷击，可能发生连锁反应，所以需要适当地在杆塔中加入绝缘子，保证杆塔的高度与绝缘子的数量成正比。
3.4 不平衡法则
由于目前大部分220kV高压输电线路为了节约占地面积，都采取同杆架设的方法，这样就不可避免地发生双回路的现象。那么如何区别双回路绝缘子串片呢？就需要合理运用绝缘方式中的不平衡法则，进而使其差异性更加明显。而避雷器是一种保护电气设备免受雷击产生的高瞬态过电压危害，并且能够限制续流时间的电器，通常在电网导线与地线之间进行连接，是一种常用的防雷设备，避雷器安装情况如图1所示。
做个简单的说明，如果发生雷击，那么高压输电线路中的绝缘子串片数量越少，就越容易发生闪络，而且这种效果与地线并没有太大差别，所以能够很好地提升另一根导向的耦合性，从而提高输电线路整体的防雷性。一般而言，两条线路的绝缘比不能过大或者过小，科学的比例应该在1：15左右，高于这一比例会造成线路故障，而低于这一比例则起不到很好的防雷效果。有鉴于此，必须合理安装线路，科学确定比例以及绝缘子的片数[1]。
3.5 安装重合闸
220kV高压输电线路有一个明显的特点，就是本身具有修复性，如果发生雷击，短时间内可以解决雷电引起的部分问题，其中较大的问题有闪络、跳闸等，这样能够在一定程度上保证了线路的安全。而通过安装自动重合闸装置，能够更好地对故障进行分析和判断，从而确定故障的类型，是短期临时故障，还是长期永久故障，进而针对性地进行解决。以往很多发生雷击的输电线路都是单相闪络，这样就可以直接安装重合闸，从而降低雷电造成的危害，减少损失。
4 220kV高压输电线路的接地技术
4.1 耦合地线
如果接地电阻在降低方面比较困难，那么就可以选择架设耦合接地线的方法进行调整。比如在导线的下方增加接地线，之后增强耐雷效果，进而降低跳闸故障发生的概率。而且耦合接地线能够减少杆塔的分流，并且对于那些接地电阻率比较高的雷电感生电流，能够使其在临近接地装置时进行分流，从而减少感应电压的作用。另外，耦合接地线可以加强导线和地线之间的耦合度，降低雷击对绝缘子的破坏程度。 4.2 接地电阻
如果降低了杆塔的接地电阻，那么就可以有效地减少流经塔顶的电压，从而减缓冲击，保护高压输电线路，而且不容易发生跳闸现象。一般情况下，接地的电阻与土壤本身的电阻率有着很大的关系，并且和接地电极的形式也有不小的联系。也就说是，在已经安装接闪杆后，高压输电线路在面对土壤电阻低于100时，接地电阻不应该高于10；而土壤电阻低于500时，接地电阻不应该高于20；如果土壤电阻低于1000时，接地电阻不应该高于30；如果土壤电阻低于2000时，接地电阻不应该高于40，所以可以改变土壤的电阻率，从而调整接地电阻的大小[2]。
4.3 垂直地级
在进行220kV高压输电线路的假设和安装过程中，经常会遇到土壤接地质量不佳的情况，那么为了缓解和优化这一问题，需要安装垂直地级。但是垂直地级的安装情况复杂，需要注意的问题也比较多：①如果遇到铁塔，那么垂直地级的安装需要与杆塔的距离保持在7～8m之间。②如果是水泥的杆塔，那么杆塔的垂直地级要与杆塔本身保持3m以上的距离，但是不能超过5m。至于垂直地级的加工，可以采取角钢的形式，长度保持在2m以上，每个垂直地级之间应该相隔5m左右。③如果土壤的电阻较高，那么就需要加深地级的掩埋深度，如果情况特殊，可以在1m以下。④如果遇到坡地，那么安装地级之间必须做好实地测量，并且根据地表的不同深度合理计算尺寸，防止夏季降雨以及山洪等对垂直地级造成干扰和破坏，典型垂直地级的接地情况如图2所示。
4.4 消弧线圈
这种接地技术在一些雷电活动频发、接地电阻异常高的地区得到了广泛的应用，并且取得了很好的效果。顾名思义，消弧线圈是一种带着铁芯的电感线圈，遇到雷击后，这种电感线圈能够迅速降低放电处的电压，从而有效地避免高压输电线路受到大的破坏。值得一提的是，即使二相和三相遇到雷击时，一相导线也不会发生跳闸，而且各个线路之间的耦合作用也使得绝缘子电压没有升高，从而提高了高压输电线路的防雷抵抗能力。
4.5 电磁感应
先不考虑实际情况，根据理论结果，能够发现耦合系数的升高以及接地电阻的降低都不约而同地起到了防雷的效果。而且耦合系数的提高与架空和耦合地线息息相关，加上实际情况中电磁感应的持续发生，可以提高耦合系数，所以这给我们带来的启示是：可以适当强化电磁感应杆塔接地的射线方式，也可以升级接地装置，只要是提高了电磁的耦合系数，就能够在一定程度上提高220kV高压输电线路的防雷能力[3]。
5 结 论
综上所述，220kV高压输电线路的防雷工作比较复杂，不是一蹴而就的事情，需要持之以恒，因地制宜地采取合适的防雷接地技术，从而保障线路的稳定与安全。通过本文上述的探究，能够为相关的工作提供切实可行的办法，而且这些技术易于操作，针对性较強，并且涵盖范围较广，很大程度上能够起到良好的防雷效果，这对于我国电力行业的发展大有裨益。
参考文献
[1]胡 炼，王 振，勾建磊.220kV高压输电线下电场分布分析[J].现代工业经济和信息化，2018，8（02）：91～94.
[2]向永康.分析高压输电线路的防雷保护及其绝缘配合[J].通讯世界，2018（09）：143～144.
[3]杨 军.关于220kV高压输电线路防雷接地的探讨[J].中国新通信，2018，20（17）：130.
收稿日期：2018-9-7
作者简介：陈耀坤（1979-），男，助理工程师，本科，主要从事输电线路运维检修工作。