研究高杆塔大跨越输电线路防雷保护措施

研究高杆塔大跨越输电线路防雷保护措施

陈伟宏

（广东威恒电力技术开发有限公司528200）

摘要：目前跟着计算机的发展，不断增加的自动化体系替代了原高杆塔内的手动的监视与操控。自动化设备以及继电保护本身的牢靠功能被不断增加的电力企业所认可。全部分析了电力体系中怎么提升输电线路的防雷水平，然后有用下降输电线路雷击跳闸率，削减雷电对电网安全运转的影响。

关键词：防雷保护；变电站内；模型

大跨越高杆塔是输电线路的薄弱环节，雷击停电不易修复，而且杆塔高度大，着雷机会以高度的平方增大，感应电压分量高，塔身电感大。目前，对特高杆塔防雷保护的设计计算，在无章可循的情况下，大都沿用一般杆塔的方式来处理。这是因为一方面缺少对特高杆塔的精确的理论分析，另一方面又缺乏特高杆塔的模型试验数据。因此在对大跨越高杆塔线路进行防雷保护设计时，必须做特殊考虑。

一、接地电阻的测量

接地装置敷设后应惊醒接地电阻的测量，工厂动力单位也应当在运行中经常进行接地电阻的检查和测定。接地电阻的大小是决定接地装置是否合乎要求的重要条件。

（1）接地电阻测量仪

接地电阻测量仪的种类很多，有电桥型、电位计型、晶体管型等种类，这些测量仪器使用简单，携带方便，所受干扰较小，测量过程安全可靠，因而应用很广。

ZC-8型接地电阻测量仪其结构由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻和检流计组成，由于ZC-8型仪表不需要外加电源通过本身的手摇发电机就能产生交变的接地电流，所以又称接地摇表。接地电阻测量仪本身备有3根测量用的软导线，可接在仪器上的E、P、C3个界限端钮上。测量时，E端钮的导线连接在被测量的接地体上，P端钮的导线接在接地棒上（P端钮常称为电压极，接地棒又称探针），C端钮与辅助接地体相连（C端钮常称作电流极），可以根据具体情况，将接地棒和辅助接地体插到远离接地体一定距离的土壤中，三着可为直线，也可以为三角形。将倍率转化到所需要的量程上，用手摇发电机以120r/min的速度转动手柄时，测量仪的指针趋于平衡，读取到刻度盘上的数值乘以倍率即为实测的接地电阻值。

（2）伏特计与安培计法

这种接地电阻测量的方法，准确度高，测量时接通电源，接地电流沿被测接地体和辅助接地体构成回路，电压表的读数可近似看作通过被测接地装置对地电压，因此被测接地电阻为

R=U/I

为了测得比较准确的结果，要求测量用变压器容量为5-10kV•A，二次电源电压可为65-220V，接地电流一般采用30-120A，测量用变压器不能接地，通常可采用电焊机变压器；电压表应采用高内阻的电压表，如真空管电压表，以减少该支路的分流作用。对于单个接地体，辅助接地应远离被测接地体40m之外，辅助接地体采用钢管，直径为25-50mm，长度为2.5-3m；采用圆钢，直径为25mm，长度和钢管相同；至于接地棒，采用直径为25mm，长度为1m左右的圆钢或钢管均可。

按上述要求测量时，就能得到被测接地系统精确的接地电阻值，而且对0.1Ω-100Ω以上的电阻都能测量。这种方法的缺点是准备工作和测量工作比较麻烦，需要独立的交流电源，需要装设辅助接地体。

二、电力系统雷击的基本防护措施

目前，电力系统在一次系统防雷保护方面已经相对完善，通过采取在高杆塔四周安装避雷针、避雷带以及避雷网等措施，对雷电的危害起到了很好的防护作用。二次系统的转变是由上世纪末开始的，其选用了大面积的微机集成电路，扩张了电子元器件的使用比重，但是在防雷保护方面还是存在一定的局限性。究其原因，是因为雷电直接击中高杆塔设备的情况比较罕见，以至于目前观点是雷电不会击中站内控制室的二次系统，没必要安装专门的防雷保护，只需要按照通用性的防雷标准实施防雷计划，即安装站内避雷针、引下线、接地网。

但是，当雷电直接击中避雷针或者击中防雷装置四周的建筑物时，引雷电流进入地网、大地的导引线四周会产生一个变量磁场。在磁场作用下，会干扰到站内二次设备，存在相对脆弱的设备直接被雷电击穿的高风险。当雷电流进入接地网后，由于接地电阻作用，会使接地网的地电位升高；当升高到一定程度后，会造成外壳对设备放电，即形成了雷电反击现象。当进入大地的雷电流流过二次电缆外皮时，会通过电磁耦合的方式对电缆芯线产生感应电势；当电势较大时，通过电缆芯线传输到二次设备，从而对二次设备引起干扰。

由此我们可以知道，雷电感应现象并非只是通过一次设备防雷措施就能完全防止。随着高杆塔综自化程度不断提高，二次设备遭受雷击将对电力系统安全稳定运行造成极大影响，其防雷措施亟待加强。

三、电力系统雷击

电力系统中因雷击引起的危害比较严重，遭受直接雷击或者耦合的情况也比较复杂，现按照电压等级由高到低的顺序分析几种常见的雷击发生情况：

1.通过直击、绕击、感应这三种方式，雷电可以侵入线路的某相导线，但是单纯的侵入并不一定会引起绝缘闪路，仅仅是形成空间感应作用于系统低压侧的电缆的效应，或者是高压电器耦合到弱电系统中，对线路造成较为强烈的干扰效应。所以，在生活中设定的电力系统，通常将高压变电站内安装在在一次系统中，使得如若遇到低压系统耦合的情况，也能受到一定的限制。

2.如若遇到雷电已经侵入线路的某相导线的情况，并已经引起绝缘闪路的后果，说明此时的雷电电流已经相对较大，流经接地电网的那一瞬间，造成地电位即刻升高，通过电缆芯线干扰到线路的二次系统，这时候也能够明显的感应到空间电磁场。而如果在电力系统的一次系统中安装有高压变电站内，也可以有效限制低压系统耦合的情况。

3.如果雷电直接击中了高压线路的避雷线，这时候雷电已经沿着避雷线的线路开始传输，从站内的龙门架通过构架接入站内主地网，入侵电路的二次系统。这种情况一定程度上类似于第二种情况。

4.雷电直接击中高杆塔独立避雷针或主控楼建筑物上的避雷网，那么雷电流就顺着建筑物或者引下线的分流，直接泄流内部电缆或者二次回路上，增强了设备外壳的电磁场效应，造成二次干扰。

四、电源部分防雷设计

根据国际电工标准IEC1312-1的防雷设计思路及技术要求，电源线路采用三级防雷保护措施，将雷电流经过三级消减后逐级泄放到大地，降低侵入被保护设备的雷击过电压，保护设备。

1.第一级防雷保护，在配电电源引入端的建筑物楼层入口处配置箱式电源避雷装置。该防雷保护器建议采用三相四线制，选取的标称放电电流为40kA，分别接在总电源交流配电屏入口的三相线、零线对地之间，并要求在三相线前端串接小型断路器，实现对直击雷的防护。第一级防护可以吸收雷电能力的百分之九十左右。

2.第二级防雷保护，在机房配电箱、不间断电源输出端配置电源避雷装置。该防雷装置建议接在机房配电箱入端的三相线、零线对地之间，并要求在三相线前端串接小型断路器。要求防雷装置选取的标称放电电流为20kA，实现对机房及不间断电源的设备安全防护。第二级防护可以进一步对雷电流吸收。

3.第三级防雷保护，在机房的服务器、小型机、路由器、交换机等重要网络机柜或设备输入端加装模块式的避雷防护装置。要求防雷装置选取的标称放电电流为5kA，实现对重要设备的感应雷或操作过电压保护。另外，对于室外架空电源线的防雷保护，选取的保护器需要经过10/350s波形试验合格；地下电缆线路的防雷保护，选取的保护器需要经过8/20s波形试验合格。

假设高杆塔以低压架空线路接入电源系统的话，那么其可以采取下面这个方案进行配置：第一级的防护应该在电缆上安装三相电压开关型的保护器；第二级防护应该在出线端安装限压型的保护器，做好第二层防备；第三极保护主要是为了确保弱点设备设置的，应该在这些弱点设备装置上的进线端安装限压型的保护器。同时为了将防雷的效果发挥到最大化，还应该注意以下几点：1.如果一级保护器采用开关型，而次级保护器是限压型的，为了保护器能发挥长效，那么二者之间的电缆长度就不能小于十米；2.当一级与二级的保护器均采用限压型时，那么两者之间的电缆长度则应确保不小于五米；3.应该在配电箱与保护设备前端安装防雷器，且二者之间的距离不能小于十五米。高杆塔应该同时具备以上要求才能达到防雷的真正目的，反之，则需要安装退耦装置。

结论

本文通过对高压输电线路的防雷研究，得出高压线路的防雷必须因地制宜，考虑经济性、工程性、采取合适的防雷措施，同时为了使防雷措施有效、可行，必须大力开展雷电观测工作。要与当地的气象台和科研部门紧密配合，掌握各种雷电数据，以便更好地指导防雷工作。在做好防雷保护工作的同时，还应不断加强技术管理，建立和健全有关技术资料和图纸，并认真分析和运用这些宝贵的资料，不断提高防雷保护水平。

参考文献：

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