摘要：防雷保护是开展1000kV特高压输电工程的重要内容，对全国特高压电网的建设具有重要的工程实际意义。为经济合理地提高特高压输电线路的耐雷水平，针对导线常用排列布置方案，采用国际公认且广泛使用的计算分析方法，研究雷电反击和绕击两方面对输电线路的跳闸特性，最终提出合理的防雷保护措施。
关键词：1000kV；特高压；交流输电线路；防雷保护
随着我国经济的快速发展，对电能的需求不断的扩大，进而加大了对特高压输电线路的建设。通过对特高压输电线路的调查发现，雷击事故是造成特高压输电线路发生跳闸事故的主要原因。随着特高压工程的发展，电压等级的不断升高，雷击跳闸事故所占的比例不断的增加。特高压输电线路与其他高压、超高压输电线路相比，特高压输电线路具有输电能更强、杆塔更高、引雷的面积更广，同时也造成了特高压雷击事故更多。我国处于雷电活动强烈的区域带，并且特高压输电线路跨过绵延山区几千里，穿过各种复杂的环境，面临这种事故的考验，例如覆冰、污闪等。对于有效预防杆塔雷击事故的最有效的办法是降低杆塔接地电阻。特高压输电线路输送电能距离远，每个杆塔之间的距离长，进而每个杆塔所处的地理位置的土层不尽相同，这也就导致每个杆塔的土壤电导率也不一样。因此应合理的选取杆塔接地装置，这样不仅能够有效的保证输电线路的正常运行还能够减少雷击事故的发生概率，对我国发展特高压工程具有重要意义。
1.高压输电线路防雷的概述
目前，高压输电线路的闪电保护技术不完美，有一些潜在的危险。当前网格线接地装置通常是混凝土内部杆通过钢筋连接，一旦被闪电击中，很容易遭受雷电的力量，严重情况下会导致水泥电杆的破裂，造成事故。即使它不是被闪电击中，它也很容易破裂甚至在长时间暴露后，甚至会导致坍塌。在架空地面上，保护角度的等级与架空地线的安全具有更大的关系。如果保护角较大，非常不利于反规避的空中地面线路。就像杆子一样，高架线更容易被腐蚀，这在某些方面影响了放电的能力。雷击主要是基于地感应电荷，并且对雷雨云中的电荷具有中性影响。因此，电路的接地装置与雷击有重要关系。然而，电路在运行一段时间之后，在传输区域中使用的混凝土和还原剂也会被腐蚀，这对矿井也是潜在的危害。
2.特高压交流输电线路的反击耐雷性能
2.1特高压交流输电线路的预期雷击跳闸率
1000kV线路的雷击跳闸率预期雷击跳闸率应低于500kV线路的雷击跳闸率，后者可按前者的70%左右考虑，即大约0.095次/（100km·年）。考虑我国电网裕度较小，网架较薄弱，线路雷击跳闸率的要求相对要再提高一些。
2.2本标段塔型
1000kV同塔双回线路杆塔典型塔型如图1所示。根据国内外的研究成果和运行经验，同塔双回线宜采用平衡高绝缘方式，不采用不平衡高绝缘方式。
（a）I串；（b）V串
图11000kV双回路铁塔塔型图
2.3同塔双回路反击跳闸率
表1同塔双回线路反击跳闸率
注：在“反击跳闸率”中，分子/分母代表双回线路反击跳闸率和折算至单回路的反击跳闸率利用最先进的EMTP算法算出铁塔上的各节点电压，通过分析是否超过绝缘子串所能承受的电压，便可确定该线路的反击耐雷水平。表1列出同塔双回线路的反击跳闸率计算结果，线路绝缘间隙距离考虑7.2m、8.0m和9.2m三种。间隙距离对跳闸率有很大影响。表1中同时列出采用相交法的绝缘闪络判据和采用先导法的闪络判据的计算结果。相交法计算的雷电反击跳闸率稍高于先导法的。在我国500kV线路中，同塔双回线路的绝缘水平一般比单回线的绝缘水平高。理由是：①同塔双回线路杆塔高度高，雷击时塔顶和横担的电位较高；②同塔双回线路的重要性更大。对于1000kV线路绝缘也可以这样考虑。双回线采用平衡高绝缘方式，绝缘间距暂且以8.0m计。折合至单回路雷电反击跳闸率为0.00456～0.00657次/（100km·年），远低于预期的雷电跳闸率。可以认为，对于同塔双回路，虽然反击跳闸率要高于单回路的，但只要采用相对较高的绝缘，其反击跳闸率仍然很低。占总的雷击跳闸率的比例也很小。而反击仍不是引起雷击跳闸的主要原因。
3.接地装置
3.1铜附钢接地
铜附钢故名思议就是将铜与钢通过电镀工艺合成一中新型材料，此种新型材料既有钢的强度又有铜的良好的导电率以及耐腐蚀性能。铜附钢型号的选取和土壤层中的酸碱度有关系。在使用铜附钢作为接地材料时，应首先进行电化学实验，根据电化学实验的结果选择铜层的厚度以及横截面积。铜附钢在不同的土壤中腐蚀速度如表2所示。
表2铜附钢在不同土壤中的腐蚀速度
根据电气工程接地用铜附钢技术条件中的要求，各种型号的铜附钢中铜的厚度不能够小于0.25mm，假设铜附钢的使用寿命为30年，则允许铜附钢的腐蚀率为0.25/30=0.008mm/a，通过查表可以发现，其腐蚀属于最强的一列，达到了Ⅲ强腐蚀性，在实际工程当中，铜的厚度一般不小于1.8mm，这样既可以抵抗强腐蚀性又能够增加杆塔的使用寿命。通过调查发现，对于水平接地网最好采用铜附钢圆线，而对于垂直接地最好采用铜附钢棒材。由于工艺限制很少使用套管冷拉铜附钢，因为在进行抻拉的过程当中容易使铜层不连续，进而导致出现断层的现象，所以在实际工程中很少使用铜附钢套管。
3.2接地模块
基地模块是应用石墨材料和其他材料经过高压压制在金属电极芯上，进而形成高致密的物理导电层，选用石墨材料是因为它具有高导电性以及稳定性。优于石墨的原因在其模块表面呈现出孔状，这样能够有效的减少与土壤接触的面积，进而能够进一步的提高接地体的导电性。接地模块应用最多的输电线路是在500kV和220kV上，因该接地模块的使用较多，因此运行经验也较为丰富。根据调查表明，接地模块使用于土壤电阻率小于2000Ω/m的地区，特别是少雨地区效果特别明显。然而对于多雨、土壤电阻高、地形狭窄的区域就不能使用接地模块，狭小的空间影响杆塔的架设。
3.3镀锌钢接地
镀锌钢也是当前使用较为广泛的接地装置，镀锌钢被广泛使用的原因主要是因为其价格较低，并且镀锌钢还具有降租效果好以及运行方便等优点。镀锌钢主要应用于土层电阻率小于2000Ω/m的地理区域。镀锌钢在理论上腐蚀速度较慢，腐蚀速度为0.005mm/a，接地体的直径最小为8mm，加入采用直径为12mm的镀锌钢，通过计算可以得到其使用年限，使用寿命为40年。但是在实际情况下，由于接地体会受到空气和水的双重作用以及在施工中导致镀锌钢表皮的破损等原因的存在，导致其被腐蚀速度加剧，按照在空气和水下的腐蚀速度计算，同样采用直径为12mm镀锌钢，其使用寿命缩减到了18年左右。
4.输电线路防雷接地装置维护与检修的管理策略
首先，我们应该建立一个健全的管理策略，组织一批专业的维修技术团队，并且进行定期培训，提高维修能力。与此同时，监控系统被用来执行24h的输电线路管理，特别是在夏季雷暴天气的时候。如果异常报警发生时，维修人员应立即派出来解决它。其次，加强新防雷技术的使用，因为随着科技的发展，电力行业出现了大量的高新技术，可以有效地提高传输线运行的安全性，特别是在防雷接地技术中，不能坚持传统的技术模式，需要不断地创新，只有这样才能提高社会和人们的稳定性。最后，需要定期检查接地装置的状况，因为接地装置被埋在地下很长一段时间，如果不及时发现，就容易受到侵蚀，会引起很多安全威胁，通过定期检查，可以及时消除安全隐患，并降低维护成本。
结论
在输电线路操作的过程中，安装防雷接地装置是必不可少的，由于防雷接地装置受环境和地理位置的影响，在此过程中，会发生损害的现象。为了确保电力传输的安全性和可靠性，这就需要维修人员定期检查和维护，这就要求了维修人员的技术水平。维修站要加强维修人员的培训，建立一个科学的和完整的管理系统，以保证维护质量，避免延误安全隐患的行动。
参考文献：
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[3]张慧忠，徐志勇.有效降低输电线路杆塔接地电阻的措施研究[J].电力学报，2009（4）：322-324．
论文作者:陆建光
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：线路论文; 杆塔论文; 防雷论文; 特高压论文; 镀锌论文; 装置论文; 土壤论文; 《电力设备》2019年第5期论文;