基于电力系统防雷措施的研究
刘双飞
摘 要 随着科学技术不断进步，电力系统设施设备也逐渐向自动化趋势发展。然而，由于自动化装置在运行过程中对外界干扰因素较为敏感，所以容易产生各种质量问题和安全隐患。其中雷击对自动化装置造成的危害较为显著，直接影响电力系统运行安全性和稳定性。基于此，本文将结合雷击对电力系统造成的危害进行分析，提出几点切实可行的防雷措施，希望为专业人士提供参考、借鉴。
关键词 电力系统 输电线路 雷击 防雷措施
中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）03-0001-02
雷电是天气变化的一种自然状况，是非常常见的自然现象，一年四季随处都可以见到雷雨天气。然而，雷电产生具有较大的破坏力，雷电巨大的能量能够对城市的建筑、个体、电力系统等带来严重的破坏，甚至威胁到人类的生命财产安全。
对于电力系统而言，雷电会破坏电力系统当中各种各样的设备，造成设备破坏，数据丢失，甚至还会带来一系列的连锁反应导致大面积的停电，尤其雷电环境下，雷电流会产生瞬变电磁场，并对微电子器件造成损害，轻则影响设备运行安全性和稳定性，导致电力系统供电异常;重则引发安全事故，对人们生命财产安全造成威胁，从而对整个经济秩序带来难以预计的损失。[1]
电力系统中的自动化装置种类多样，其中一部分微电子器件工作电压仅为几伏，电流也小至微安级，所以在运行过程中对外界干扰极其敏感。我国当前天气变化对电力系统的安全带来较大的威胁，因此必须重点研究电力系统的防雷技术，才能够维护国家长治久安。由此可见，做好电力系统防雷工作，不仅是提高电力系统供电质量的重要措施，也是电力企业改革的必然需求。[2]
1 雷击对电力系统的危害
1.1 直击雷对电力系统的危害
直击雷是雷云对电力系统中的某一线路进行放电，并将电力系统中电力设备的绝缘层击穿，而后雷电波会沿着导线进入设备内部，导致设备损坏，最终影响电力系统正常供电。[3]
1.2 感应雷对电力系统的危害
常见的感应雷有两种，分别为静电感应雷和电磁感应雷，对电力系统造成的危害如下：
第一，静电感应雷危害。主要指雷云在电力系统上空出现，由于雷云本身带有静电电荷，所以会与电力系统中的输电线路产生感应，从而产生相反电荷，此时，在正电荷与负电荷互相牵引作用下，传输线路中会聚集大量电荷，并沿着设备绝缘层向地释放，导致电力设备绝缘层被击穿。当雷云向其他目标放电时，电力系统中的导线静电荷也会在雷云放电消失的同时失去牵引。由于正波交流电和电荷相同，所以传入电力系统后也会被大量消耗，并沿着传输线路游走，以雷电波形式向附近电力设备放电，使得电力设备损坏。结合工作经验进行分析，现阶段电力系统中大多数雷击事故，都是由静电感应雷引发。[4]
第二，电磁感应雷危害。主要指雷云靠近电力系统后向大地放电，或者电力系统中的传输线路在静电感应作用下产生雷电流，并通过避雷器进入电力系统周围大地中。通常情况下，这种雷击流都具有频率高特点，在放电的同时会形成较大范围磁场，如果电力设备处于该磁场内部，则容易受雷击影响发生故障。[5]
2 电力系统防雷措施
2.1 电力系统中超高压交流输电线路防雷
电压等级在110-750kV的输电网络称为超高压交流输电线路，通常情况下，这种输电线路都建设在地理环境较为宽广的地区，所以容易发生雷击事故。为了保证超高压交流输电线稳定运行，需要做好防雷工作，在实施过程中应结合《交流电气装置的过电压和绝缘配合》相关规范进行分析。由于雷击事故发生情况多种多样，所以仅套用相关规范远远不够，还要结合实际情况采取有效防雷措施。
第一，通过架设地线达到防雷目标。这种方法是规避电力系统送电线路遭到雷击危害的有效措施，也是保证电力系统稳定运行的第一道防线。具体来说，通过设置地线，能够使塔顶在遭受雷击的同时，将雷电流进行分流，并沿塔杆将其泄入大地，如此不仅能够降低塔顶点位，还能够对输电线路产生耦合作用，有利于降低杆塔绝缘电压。另外，将非直击杆塔的地线架空，能够起到屏蔽作用，可以有效减少输电线路的感应过电压。由此可见，通过架设地线能够有效避免超高压交流输电线路雷击事故，从而促进电力系统稳定运行。
第二，安装线路避雷器。为了避免电力系统超高压交流输电线路遭遇雷击，需要合理安装避雷装置，可以采用并联方式对输电线路绝缘子与避雷装置进行安装。这种安装方式能够保证避雷装置中的残压始终低于绝缘子串放电电压。在雷电环境下，即便增加雷击流，也仅会稍微增加避雷装置的残压，并不会对绝缘子造成不利影响，可以从根本上规避绝缘子闪络问题。另外，安装避雷装置后，如果电力系统中的输电线路遭受雷击，避雷装置会将雷电流分化，使其流经避雷线和导线并产生耦合作用，有效提高电线电位，此时，由于导线与杆塔之间的电位差较小，并且低于绝缘子串电压，所以可以有效避免绝缘子串发生闪络问题。但是，避雷器装置的容量有限，一旦雷电流增加到一定程度，会烧毁避雷装置，不仅无法发挥避雷装置分流作用，甚至会引发火灾、爆炸等一系列安全事故。结合以往工作经验总结来看，避雷器烧毁事件发生率较小，当前，电气几何模型显示，在雷电流过大的情况下，地面和避雷线的屏蔽作用也会随之增强，有利于为导线提供安全保障。简单来说，在雷電环境下，如果产生较大雷电流，在避雷装置分流作用下，雷电流并不会直接进入导线，而是进入避雷线或地面。所以，只要保证避雷装置具备较强的分流作用，就能够有效避免火灾、爆炸等安全事故发生。新时期背景下，科学技术不断进步，多种功能的避雷装置应运而生，由于部分避雷装置造价较高，所以需要电力企业做好经济与技术方面的比较分析，合理选择避雷器。[6]
在安装避雷器过程中，需要提前做好电气试验工作，并确定安装位置。具体需要根据电气系统运行经验、运行环境、交通条件等要素综合分析。通常需要优先安装在地势空旷、容易遭受雷击的铁塔上，或者跨越较大的高铁塔、多雷区双回路线路。
2.2 直流变电站防雷
上文提到，直击雷是危害电力系统的重要因素，针对直击雷，需要通过以下方式防雷：
第一，安装避雷针。为了避免变电站在雷击作用下影响供电效果或引发安全事故，需要安装避雷针装置。常见的避雷针有两种，一种为独立式避雷针，另一种为构架式避雷针。在安装独立避雷针时，为了避免反击现象，需要保证其与被保护物体之间保持一定距离。由于变电站电压不尽相同，所以避雷针安装也存在差异。具体来说，针对35kV以下配电装置，一般不适合安装构架避雷针。针对60kV配电装置，如果ρ<500Ω·m，可以安装构架避雷针，如果ρ>500Ω·m，可以安装独立避雷针。对于110kV配电装置，如果土壤电阻率ρ≤1000Ω·m，可以安装架构避雷针。
第二，安装避雷线。除了安装避雷针方式外，可以沿建筑物周围安装避雷线，其安装与避雷针相似，需要保证避雷线与建筑物之间的距离，保障有足够的空气和间隙，从而避免反击现象。
第三，铺设接地网。接地网就是多个接地体连接而成的网络，具有接地电阻小的特点，适合应用到电气系统大型设备中，常见于大型车间、大型变电所中，其能够使雷击电压形成均匀，从而达到保护设备的作用。
而且，在雷电侵入波防护过程中，由于雷电流本身具有峰值变化大的特点，所以会在周围形成电磁场。在该范围内的电力设备和电路均会在电磁敷设下产生故障，甚至会产生过电压并引发火灾。针对这一问题，变电站通常会选择安装避雷器的方式减少雷击危害。阀式变电器是一种较为常见的变电器，一般安装在母线上，会对多台电力设备提供保护。另外，避雷器和变压器逐渐要保持一定距离，用于电气引线。在雷电波影响下，避雷器会作出相应动作，如果变压器电压高于避雷器残压，則会发生过故障。所以在电气引线时需要尽量缩短距离，保证避雷器动作能够保护变压器。
3 结语
综上所述，新时期背景下，人们生活、社会生产对电能需求量不断增加，促进电力系统建设规模逐渐扩大，与此同时，电力系统雷击事故也随之增加。尤其对于一些雷电活动频繁、地形复杂的地区，雷击事故更是屡见不鲜，不仅影响供电质量，还会对国家造成巨大经济损失。针对这一问题，本文通过阐述雷击对电力系统危害，提出针对性防雷措施，通过安装避雷器、避雷针、架设地线等方式，规避雷击事故，提高电力系统运行安全性。
参考文献：
[1] 丁佳.关于当前电力线路防雷措施的不足原因研究[J].中国新技术新产品，2011（21）：252.
[2] 徐薇，陈华.高压输电线路综合防雷措施的研究与应用[J].西藏科技，2019（04）：67-68.
[3] 舒生前.220kV输电线路综合防雷技术与接地电阻设计探析[J].通讯世界，2019，26（08）：306-307.
[4] 汤光玉，田慧，吴瑕，等.复杂地形多雷地区输电线路防雷技术分析[J].通讯世界，2020，27（06）：158-159.
[5] 赵威.电力系统防雷工程设计体系的健全[J].中国新技术新产品，2013（24）：191.
[6] 刘霞.浅谈雷电对电力线路的危害及高压架空线路的防雷保护措施[J].军民两用技术与产品，2015（18）：209-210.
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