郭漢宇

摘? 要：外供電線路作為成品油管道附屬設(shè)施之一，承擔(dān)著為輸油站提供電能的重要作用，是管道運(yùn)行的動(dòng)力之源。雷擊作為影響外供電線路安全可靠運(yùn)行的重要誘因，容易引發(fā)線路接地、避雷器擊穿等供電異常，造成供電中斷，尤其是雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊事故的頻率更高，因此，做好防雷措施是外供電管理的重要組成部分。本文就成品油管道外供電防雷實(shí)踐，對(duì)各類防雷措施進(jìn)行了分析，提出優(yōu)化外供電線路防雷措施的建議。

關(guān)鍵詞：成品油管道；外供電線路；雷擊；防雷措施

1、引言

管道輸送作為油品運(yùn)輸最經(jīng)濟(jì)、最安全、最高效的運(yùn)輸方式，在保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)的能源供給方面有著不可替代的作用，俗稱“能源大動(dòng)脈”。管道要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸送的目標(biāo)，需在管道沿途建設(shè)若干輸油站，以對(duì)油品進(jìn)行加壓、分輸、計(jì)量，輸油站的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)外供電線路所提供的源源不斷的電能。一個(gè)穩(wěn)定、可靠、安全的供電系統(tǒng)，是輸油站安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)供電中斷，導(dǎo)致甩站，管道會(huì)產(chǎn)生水擊，對(duì)管道本體、輸油設(shè)備造成很不利的影響，甚至可能導(dǎo)致油品泄漏事故。因此，對(duì)長(zhǎng)輸管道而言，保障外供電線路的可靠運(yùn)行是輸油站的日常重點(diǎn)工作之一。

由于供電的穩(wěn)定可靠對(duì)輸油站有著極其重要的意義，輸油站的外供電線路通常采取供電專線，由變電所直接敷設(shè)至輸油站，根據(jù)負(fù)荷的大小，還會(huì)設(shè)計(jì)成雙回路供電，以保證供電冗余。外供電線路分為架空線路和電纜線路兩種形式，架空線路又細(xì)分為絕緣導(dǎo)線和裸線兩種。架空線路在敷設(shè)時(shí)，都是沿著遠(yuǎn)離人群的高山叢林架設(shè)，尤其地勢(shì)較高山區(qū)，在雷雨季節(jié)時(shí)容易引雷，雷電以沿線的輸電線路為泄放通道將雷電導(dǎo)入大地，導(dǎo)致輸電線路容易遭受雷擊。為減小雷電對(duì)外供電線路運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，根據(jù)線路的電壓等級(jí)、途徑地域氣象條件等因素，在線路上安裝有避雷器、避雷線等附件，對(duì)外供電的防雷起到了積極的作用，但實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雷擊仍然是引起山區(qū)成品油管道晃電跳閘的主要原因。

2、雷電對(duì)外供電線路的影響

根據(jù)雷電產(chǎn)生危害性的特點(diǎn)，它的破壞作用主要由雷電流引起，通常雷擊以三種形式出現(xiàn)：

（1）雷電直擊。通常所說(shuō)的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，或帶電的云層對(duì)大地之間的迅猛放電現(xiàn)象。帶電云層對(duì)大地的某一點(diǎn)發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為直接雷擊。

（2）雷電繞擊。雷電繞擊是指繞過(guò)避雷線和避雷針等防護(hù)裝置擊中線路導(dǎo)線或站內(nèi)設(shè)備的侵害形式。

（3）雷電反擊。雷擊線路桿塔和避雷線時(shí)，雷電流通過(guò)雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對(duì)地電位大大升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過(guò)絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過(guò)電壓，因?yàn)闂U塔或避雷線的電位（絕緣值）高于導(dǎo)線，故通常成為反擊。

對(duì)于外供電線路來(lái)說(shuō)，雷擊造成的安全危害非常大，雷擊對(duì)外供電線路的影響主要表現(xiàn)如下：

（1）雷擊外供電線路使絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)致線路跳閘，從而引起該回路供電中斷。

（2）避雷器受到雷擊造成避雷器引流線擊斷或避雷器直接擊穿，引流線擊斷后遇風(fēng)左右擺動(dòng)，造成線路接地或線路短路造成供電中斷。避雷器擊穿造成線路直接接地使供電中斷。

（3）野外架空輸配電線路的電纜頭被雷擊時(shí)造成輸配電線路電纜頭短路或直接擊穿引起供電中斷。

（4）外供電線路受到雷擊，直接將供電線路相線擊斷，從而引起輸配電線路供電中斷。

（5）外供電線路桿塔、絕緣子、架空線、避雷線等受雷擊遭到不同程度損傷，使得供電可靠性、穩(wěn)定性、安全性大大降低，從而影響供電線路停電。

3、10kV外供電架空線路常見(jiàn)防雷措施

3.1 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻能夠降低輸電線路的雷擊跳閘率，當(dāng)桿塔接地電阻降低，雷擊塔頂時(shí)塔頂電位升高幅度降低，絕緣子所承受的過(guò)電壓程度也有所降低，從而提高耐雷水平，有效降低線路雷電跳閘率，外供電桿塔接地電阻一般要求小于10歐姆，在巖石地方或整改接地電阻困難地方，可以減小接地電阻的要求，但是不得大于30歐姆。常用降低接地電阻方法有：

（1）深埋或增加接地極長(zhǎng)度，如深井接地，伸長(zhǎng)水平接地體。

（2）對(duì)土壤進(jìn)行處理，如使用接地電阻降阻劑，或更換土壤。

3.2 架設(shè)避雷線

避雷線安裝于桿塔頂部，安裝高度大于供電線路。避雷線與所通過(guò)的桿塔接地線相連，當(dāng)出現(xiàn)雷擊時(shí)避雷線可以引導(dǎo)雷電向避雷線放電，通過(guò)桿塔的接地裝置將雷電分流導(dǎo)入大地，降低塔頂電位和感應(yīng)過(guò)電壓，使被保護(hù)物體免遭雷擊。避雷線具有使用年限長(zhǎng)、不易出現(xiàn)雷擊擊斷，對(duì)線路的保護(hù)比較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也具有投資較大、維護(hù)維修難度較大等缺點(diǎn)。對(duì)10kV～35kV外供電線路，一般不需要沿線架設(shè)避雷線，多雷強(qiáng)雷地區(qū)可以架設(shè)避雷線。

3.3 加強(qiáng)絕緣

由于架空輸電線路跨越大山地段需采用高桿塔或鐵塔進(jìn)行跨越，桿塔或鐵塔高度過(guò)高被雷擊的幾概率大大增加，為使輸電線路減少雷擊概率，可采用增加絕緣子串片數(shù)，改用大爬距懸式絕緣子，增大塔頭空氣間距來(lái)提高防雷性能，也可以將架空線路裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線，將雷區(qū)的鐵制橫擔(dān)更換為絕緣橫擔(dān)。與裸導(dǎo)線相比，絕緣導(dǎo)線有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以減少導(dǎo)線腐蝕、提高電壓質(zhì)量、較少電能損失、改善和提高輸配電安全可靠性。

3.4 架設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，可以在導(dǎo)線下方架設(shè)一條耦合地線，實(shí)現(xiàn)雷電分流，該措施可以降低雷擊跳閘率50%左右。

3.5 增加引雷能力，安裝側(cè)向避雷針

桿塔側(cè)針技術(shù)通過(guò)在桿塔上安裝水平側(cè)針，以增強(qiáng)避雷線對(duì)弱雷的吸引能力，增加避雷器的保護(hù)范圍，降低輸電線路繞擊率。當(dāng)雷云中的先導(dǎo)放電向地面發(fā)展且距離地面一定高度時(shí)，避雷針能使先導(dǎo)通道所產(chǎn)生的電場(chǎng)發(fā)生畸變，此時(shí)最大電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?qū)⒊霈F(xiàn)在從雷電先導(dǎo)到避雷器頂端（接閃器）的連接數(shù)上，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針上，避雷針上的電荷隨著接地線安全泄放入大地，從而達(dá)到降低雷擊的概率。

3.6 安裝自動(dòng)重合閘裝置

自動(dòng)重合閘裝置是架空線路上常用的一種防晃電措施，架空線路由于雷電或其他故障原因分閘，重合閘裝置利用機(jī)械裝置或繼電自動(dòng)裝置使其自動(dòng)重新合閘。電力系統(tǒng)發(fā)生故障是暫時(shí)性的，經(jīng)繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘切斷電源后，經(jīng)預(yù)定時(shí)間再使其重合閘。若故障自動(dòng)消除，線路經(jīng)重新合閘恢復(fù)供電。若線路故障是持續(xù)的，則斷路器再次跳閘，不再重合。

3.7 線路本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

現(xiàn)行的輸油站雙回路供電線路設(shè)計(jì)，通常是由兩座獨(dú)立的變電站各自引出一條10kV或35kV供電線路，接入輸油站變電所。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)調(diào)查兩座變電所上游是否共用同一配電站或同一條母線，配電站及線路是否途徑雷區(qū)、旅游景區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)等。在條件允許情況下做到以下幾點(diǎn)：

（1）選擇離廠區(qū)相鄰的變電站，減少供電線路長(zhǎng)度，提高供電線路穩(wěn)定性。

（2）選擇不同的變電站配出線作為廠區(qū)的雙回路電源，原則上不能從同一變電站引出兩條母線作為廠區(qū)的雙回路電源。

（3）當(dāng)條件不允許時(shí)需要從同一變電站引出兩條母線作為廠區(qū)雙回路電源時(shí)，上游母線嚴(yán)禁使用同一條母線。

3.8 線路上安裝避雷器

避雷器連接在絕緣子串上，當(dāng)作用電壓超過(guò)避雷器放電電壓時(shí)，避雷器先進(jìn)行放電，避免絕緣子串的閃爍，線路避雷器防雷效果好。近年來(lái)，隨著金屬氧化鋅避雷器的技術(shù)成熟和制造成本低，在輸電線路上得到廣泛的運(yùn)用。氧化鋅避雷器遭受雷擊時(shí)，經(jīng)常被擊穿，尤其是雷區(qū)輸電線路更為嚴(yán)重。避雷器一旦擊穿，供電線路必然接地，雖然能起到保護(hù)作用，但線路穩(wěn)定性較差，需開(kāi)展緊急搶修更換避雷器后才能投入使用。對(duì)于距離較長(zhǎng)的供電線路而言，開(kāi)展線路排查，查找被擊穿的避雷器也需要耗費(fèi)大量時(shí)間。尤其是在夜間，即使確定線路避雷器被擊穿，也很難第一時(shí)間開(kāi)展搶修，此時(shí)輸油站僅剩一條外供電線路供電，一旦也被雷擊，很可能造成輸油站供電中斷，輸油站的安全平穩(wěn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)陡增。

4、新技術(shù)防雷措施及工程應(yīng)用

4.1多間隙避雷器

多間隙避雷器由一個(gè)或多個(gè)單元串聯(lián)而成，每個(gè)單元由一個(gè)純空氣主間隙和滅弧間隙串串聯(lián)而成。滅弧間隙串由位于絕緣橡膠內(nèi)的多個(gè)金屬球電極組成，兩電極之間為滅弧室，如圖1所示。當(dāng)雷擊時(shí)，主間隙和滅弧間隙串擊穿后產(chǎn)生電弧，通過(guò)滅弧室噴口噴出，使電弧拉長(zhǎng)，弧道電阻增加，工頻電弧在第一次過(guò)零后熄滅。

相較于氧化鋅避雷器，多間隙避雷器最重要的優(yōu)勢(shì)在于雷擊時(shí)不出現(xiàn)直接擊穿，造成線路接地。當(dāng)雷電流沿著線路進(jìn)行分流時(shí)，多間隙避雷器承受雷電流超過(guò)允許值時(shí)，多間隙避雷器內(nèi)部出現(xiàn)接通，線路出現(xiàn)短暫接地造成線路跳閘起到保護(hù)外供電線路作用，當(dāng)雷電流泄放到大地后，多間隙避雷器又能恢復(fù)正常使用，線路能重新達(dá)到送電條件。

多間隙避雷器與氧化鋅避雷器組合使用來(lái)防雷效果更佳，其安裝方法是在桿塔上電纜頭地方裝設(shè)氧化鋅避雷器，在電纜頭前后桿上裝設(shè)多間隙避雷器組合使用。

4.2工程應(yīng)用案例

以成品油管道某輸油泵為例，該泵站位于貴州省安順市，屬于強(qiáng)雷和多雷地區(qū)，輸油泵站采用雙回路供電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年9月至2021年12月，兩條外供電線路雷擊跳閘晃電22次，起重因雷電造成晃電次數(shù)就高達(dá)10次，平均每年晃電9.78次。兩條外供電線路被雷擊共造成供電中斷6次，平均每年供電中斷2.67次。每次雷擊造成避雷器擊穿、電纜頭擊穿等線路接地都要進(jìn)行搶修，給供電帶來(lái)極大不穩(wěn)定性。在采取包括降低桿塔接地電阻、更換工藝質(zhì)量好的氧化鋅避雷器、更換絕緣導(dǎo)線和絕緣橫擔(dān)、架設(shè)避雷線等措施后，雷擊跳閘率并沒(méi)有明顯下降，跳閘次數(shù)和2019年至2021年數(shù)據(jù)幾乎持平。

2022年在外供電線路加裝多間隙避雷器后，統(tǒng)計(jì)2022年至2023年4月晃電次數(shù)5次，平均每年晃電3.75次，雷電引起晃電次數(shù)1次，因雷電引起供電中斷0次，期間沒(méi)有造成任何外供電中斷搶修，極大提升了外供電的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。2019年9月至2023年4月晃點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如圖2所示，成品油輸送的“動(dòng)力”得到了重要的保障。

5、總結(jié)

根據(jù)多年運(yùn)行實(shí)踐，外供電線路防雷措施或手段雖然較為豐富，但在山區(qū)多雷強(qiáng)雷地區(qū)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定相應(yīng)方案。

積極應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備加強(qiáng)對(duì)雷電的監(jiān)測(cè)和預(yù)防，針對(duì)性地制定外供電線路的運(yùn)行維護(hù)策略，降低外供電線路被雷擊導(dǎo)致跳閘頻率是可行的。

作者單位：國(guó)家管網(wǎng)華南公司貴州輸油部