摘要：雷擊為影響輸電線路的主要因素，本文闡述了雷電的形成及雷擊對架空線路的危害，提出了減少輸電線路的雷擊故障應采取的主要措施，重點介紹了線路型合成絕緣氧化鋅避雷器防雷的基本原理和使用方法。針對山東鋁業(yè)公司輸電線路的實際情況，對掛網運行的避雷器進行了跟蹤統(tǒng)計分析，對線路避雷器的防雷效果進行了綜合評估。
　　關鍵詞：輸電線路；桿塔；線路避雷器；雷擊
　　
　　安全送電，防止因線路故障而跳閘是當前輸變電工業(yè)的重要課題之一。雷擊引起的輸電線路掉閘故障日益增多，不僅影響設備的正常運行，而且極大地影響了日常的生產、生活。山東鋁業(yè)公司主要電源線路處于山區(qū)和樹林集中帶，且周圍環(huán)境較為惡劣，雷擊已成為影響輸電線路安全可靠運行的最主要因素。
　　
　　一、雷擊對架空輸電線路的故障分析
　　
　　雷電的種類較多，可分為直擊雷，感應雷、球形雷。雷電的破壞作用主要是雷電流引起的，雷電的具體放電過程是：雷云對地之間的電位很高，可達1億伏，當雷云中的某部分積聚的電荷密度足夠大（電場強度達到25～30kV/cm），使附近的電場強度超過空氣的絕緣強度，該處空氣被擊穿，迅速形成一個導電通道，成為雷電先導。雷電先導進展到離地面100～300米距離時，地面上感應出的異性電荷也在相對集中，形成迎雷先導，向空中迅速發(fā)展，二者相遇時，正負電荷強烈中和，出現(xiàn)了極大的電流，這一過程稱為主放電過程，溫度可達約2萬度，使周圍的空氣猛烈膨脹，出現(xiàn)耀眼的光亮和巨響，即“打閃、打雷”，主放電完成后，雷云中剩余電荷沿著導電的通道繼續(xù)流向大地，為放電的余暉階段。
　　通常所謂雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間迅猛地放電。其中，云層對大地的放電，屬于雷電中的一種感應雷，即閃電放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應，則對電力線路、電氣設備危害甚大。
　　架空輸電線路在附近出現(xiàn)對地雷擊時極易產生感應過電壓，當雷云出現(xiàn)在線路上方時，線路上由于靜電感應而積聚大量異性的束縛電荷，當雷云對地放電時，線路上的束縛電荷被釋放而形成自由電荷向線路兩端釋放，形成高電位的過電壓，可高達幾十萬伏，低壓線路的感應過電壓也可達幾萬伏，對供電系統(tǒng)危害極大。
　　為了減少輸電線路的雷擊故障，我們采取了各種綜合防雷措施，如架設避雷線，降低桿塔接地電阻、提高線路絕緣水平、裝設自動重合閘裝置、架設耦合地線等，取得了一定的效果。但對于分布在高土壤電阻率的部分線路，降低桿塔接地電阻難度較大，對于防治雷電繞擊導線而引起的閃絡事故仍沒有好的對策。
　　
　　二、線路避雷器在架空輸電線路中的應用
　　
　　目前，國外已廣泛使用線路型合成絕緣氧化鋅避雷器用于輸電線路的防雷，取得了很好的效果。從2003年開始，中鋁山東分公司使用該避雷器應用在110kV峪鋁線、峪流線及35kV電南Ⅰ線，經過4個雷雨季節(jié)的考驗取得了明顯的效果。
　　1.線路避雷器的基本原理
　　(1)氧化鋅ZnO避雷器結構特征。氧化鋅ZnO避雷器主要由氧化鋅壓敏電阻構成。每一塊壓敏電阻從制成時就有它的一定開關電壓，稱壓敏電阻，在正常的工作電壓下（即小于壓敏電壓）壓敏電阻值很大，相當于絕緣狀態(tài)，但在沖擊電壓作用下（大于壓敏電壓），壓敏電阻呈低值被擊穿，相當于短路狀態(tài)。然而壓敏電阻被擊狀態(tài)，是可以恢復的，即當高于壓敏電壓的電壓撤銷后，它又恢復了高阻狀態(tài)。因此，在電力線上安裝氧化鋅避雷器后，雷擊時雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，使電源線上的電壓控制在安全范圍內，從而保護了電器設備的安全。
　　(2)氧化鋅ZnO避雷器工作原理。在額定電壓下，流過氧化鋅避雷器閥片的電流僅為10～5A以下，相當于絕緣體，因此，它可以不用火花間隙來隔離工作電壓與閥片。當作用在金屬氧化鋅避雷器上的電壓超過定值（起動電壓）時，閥片“導通”將大電流通過閥片泄入地中，此時其殘壓不會超過被保護設備的耐壓，達到了保護目的。此后，當作用電壓降到動作電壓以下時，閥片自動終止“導通”狀態(tài)，恢復絕緣狀態(tài)，因此，整個過程不存在電弧燃燒與熄滅的問題。
　　當雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流經桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。
　　雷擊桿塔時塔頂電位迅速提高，其電位值為
　　Ut=iRd+L.di/dt
　　式中i——雷電流；
　　Rd——沖擊接地電阻；
　　L.di/dt——暫態(tài)分量。
　　當塔頂電位Ut與導線上的感應電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發(fā)生由塔頂至導線的閃絡。即Ut-U1＞U50，如果考慮線路工頻電壓伏值Um的影響，則為Ut-U1+Um＞U50。因此，線路的耐雷水平與3個重要因素有關，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強度和塔體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50%放電電壓是一定的，雷電流強度與地理位置和大氣條件相關，不加裝避雷器時，提高輸電線路耐雷水平往往是采用降低塔體的接地電阻。
　　加裝避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔，一部分經塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應作用，將分別在導線和避雷線上產生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位（即鉗制、控制電位）作用，這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。
　　(3)線路避雷器防雷效果。在平原地帶，采用降低塔體接地電阻的方法相對較容易，而對于山區(qū)桿塔，則往往在4個塔腳部位采用較長的輻射地線或打深井加降阻劑，以增加地線與土壤的接觸面積降低電阻率，在工頻狀態(tài)下接地電阻會有所下降。但遭受雷擊時，因接地線過長會有較大的附加電感值，雷電過電壓的暫態(tài)分量L.di/dt會加在塔體電位上，使塔頂電位大大提高，更容易造成塔體與絕緣子串的閃絡，反而使線路的耐雷水平下降。因為線路避雷器具有鉗電位作用，對接地電阻要求不太嚴格，對山區(qū)線路防雷比較容易實現(xiàn)。
　　2.線路避雷器應用情況
　　中鋁山東分公司管轄的110 kV峪鋁線和35 kV電南Ⅰ線位于山地和樹林中，多年來經常發(fā)生雷擊跳閘故障，據(jù)統(tǒng)計110 kV峪鋁線在2000—2003年共發(fā)生3次雷擊掉閘，35 kV電南Ⅰ線分別在1997—2001年發(fā)生2次雷擊掉閘，雖然采取了各種措施，效果均不明顯。2003年在峪鋁線和電南Ⅰ線部分桿塔裝設了9組共27只線路型氧化鋅避雷器，經過4個雷雨季節(jié)的考驗，線路未再發(fā)生故障及掉閘事故。
　　3.線路避雷器的選型及安裝維護
　　線路避雷器有兩種類型，即帶串聯(lián)間隙和無串聯(lián)間隙，因運行方式不同和電站避雷器相比在結構設計上是有所區(qū)別的。線路避雷器安裝時應注意：①選擇多雷區(qū)且易遭雷擊的輸電線路桿塔，最好在兩側相臨桿塔上同時安裝，可以提高線路的耐雷水平；②垂直排列的線路可只裝上下2相；③安裝時盡量不使避雷器受力，并注意保持足夠的安全距離；④避雷器應順桿塔單獨鋪設接地線，其截面不小于25 mm，盡量減小接地電阻的影響。
　　投運后進行必要的維護：①停電定期測量絕緣電阻，歷年結果不應有明顯變化；②檢查并記錄計數(shù)器的運作情況；③對其緊固件進行擰緊，防止松動；④5A拆回，進行1次直流1 mA及75%參考電壓下泄漏電流測量。
　　
　　三、結束語
　　
　　線路避雷器能夠有效地降低跳閘率，我國在此領域的研究起步較晚，是目前中國避雷器發(fā)展方向之一。中鋁山東分公司嘗試應用線路氧化鋅避雷器防止線路雷害故障取得了很好的效果，裝設線路避雷器的桿段均未發(fā)生雷擊掉閘，在此基礎上，中鋁山東分公司于2003年批復了安全隱患整改項目，對所管轄的110kV、35kV線路進行了整改，重點是氧化鋅避雷器防止線路雷害故障，建議在同行業(yè)中推廣應用。
　　作者單位：孫翰英淄博職業(yè)學院機電工程系
　　 李玉民山東鋁業(yè)公司裝備部
　　
　　參考文獻：
　　[1]