防雷新技术探路云南电网安全

阿甘

雷害新克星昆明问世　　每年7至9月是云南雨水丰沛的季节，同时也是雷害威胁破坏电网线路设备最多的时候。然而，虽然年年防治，但雷害对电网的安全影响从未停止过。 　　“综合等离子拒雷装置不需接地就能防雷，因而可节省设置地网的昂贵费用。另外，它总功耗是1千瓦，每次消雷的平均时间约1小时，耗电量约1度，运行十分经济。”在位于昆明高新开 发区的办公室里，“海归”王昆生博士谈起自己潜心研究出来的这个新型拒雷器，脸上流露着掩饰不住的兴奋。　　新型拒雷器不只是经济上有优势。王昆生认为，比起传统的防雷技术，他研制的综合等离子拒雷装置更具有技术先进性。他说，目前，国内外传统的防雷技术主要有三种。一种是富兰克林式避雷针引雷入地;另一种是避雷针派生的电极蓄能释放及放射源电离式提前放电避雷针引雷入地：还有一种是消散阵系统或消雷器。 　　但是，尽管肯定上述三种方法对防止雷击危害有作用，但它们自身的局限性和安全隐患也不容忽视。有专家就认为，采取富兰克林式的用避雷针引雷入地，会在被保护目标周围产生强电磁脉冲辐射、反击、接触电压、跨步电压过高等负面效应，对电子系统造成损害，对强电系统和人身也时常会造成损害。引雷入地引线产生的火花还会引燃、引爆易燃、易爆物。 　　也有专家觉得，消散阵系统是上世纪70年代初在欧美国家进入实用的防雷方式，70年代末在中国引进使用。它的作用原理是利用雷云电场对其阵列避雷针作用而辉光放电产生等离子体，以消散雷云电荷实现防雷。但它的弊端是被动产生的等离子体如果受电场自屏效应和风、雨等大气条件制约，就不能实现高浓度和大体积稳定发散，从而影响防雷效果。“因为消散阵系统被雷云电场击穿放电的概率较高，目前被认为与避雷针防雷效果相当。”王昆生说。 　　“如果要谈对变电站和线路等电力设备的保护，综合等离子防雷的技术可靠性要明显好过前三种技术。”据王昆生解释，和传统三种技术相比，综合等离子拒雷系统以主动方式在任意大气条件下都能稳定发生高浓度等离子体，并在雷云电荷尚较分散、电场尚较弱的有利时机及时向空间大面积发散，有效消散雷云电荷，抑制雷云电场向被保护目标的集中，消除雷电击穿条件，解决了消散阵存在的等离子浓度和发散总量不足而导致消雷失败的致命问题。同时，综合等离子拒雷系统不需要接地就能防雷，消除了避雷针引雷入地带来的负面效应，并可用于除固定目标外的移动目标防雷。再者，传统避雷针以引雷方式构成的保护半径约与其安装高度相当，而综合等离子拒雷系统以拒雷方式构成的保护半径为其安装高度的8倍，相当于64台避雷针的保护范围，无论在性能和经济性方面都远远优于传统避雷针。 　　云南雷害防治任重道远 　　记者从云南电网公司生产技术部了解到，云南省地处云贵高原，海拔较高，地形多以山地为主，气候条件复杂多样，受亚热带季风气候的影响，降雨充沛，雷电活动高于全国平均水平，2006年有关方面统计云南有65个雷电日，2007年为59个雷电日。输电线路走径多位于山地，雷电活动频繁，基础滑坡沉降、洪水冲刷、线路对树放电等现象时有发生，给电网运行维护带来了很大困难，特别是一些局部的小环境、小气候，更加快了设备的老化速度。 　　据了解，2003年至2007年5年间，雷害直接引发云南电网故障26起，占电网故障比例为22%，5年来每年近30%的故障为雷害引发。 　　云南省著名防雷专家、云南电力实验研究院原副总工程师梅忠恕说，在所有的运行设备中，变电站目前的防雷能力要比线路高得多。而在所有主网运行线路里，电压等级越高，耐雷能力越强，电压等级越低，耐雷能力越差，在所有雷击引发的事故里，110千伏线路跳闸事故率高达80%~90%，220千伏和500千伏仅占10%左右。 　　目前云南电网共有500千伏变电站10座、220千伏变电站63座、110千伏变电站196座;500千伏线路3181.87千米、220千伏线路8600多千米、110千伏线路12000多千米。线路防雷主要以改造杆塔接地网、减小避雷线保护角、加强绝缘、安装线路避雷器及综合防雷装置等措施为主。从2005年起，虽然云南电网公司建设了适合云南山地特点的雷电定位监测系统，系统覆盖范围内的探测效率达到88%，为公司雷击跳闸事故的查找提供了有效的指导。但该系统投运至今才3年时间，统计数据还比较欠缺，对雷电活动规律还缺乏准确的分析掌握。 　　梅忠恕给记者介绍道，目前，对电网运行线路安全威胁最大的主要是两种雷害，即反击雷和绕击雷。所谓反击雷是指雷电击于杆塔塔顶，雷电流沿杆塔塔身下泄，并通过杆塔的接地电阻扩散到大地中去。雷电流在杆塔阻抗与接地电阻上就会产生电压降，这个电压降导致原本是零电位的杆塔塔顶的电压升高，如果这个电压升高到比输电线导线上的运行电压还高，并大于绝缘子串的冲击放电电压，就会造成绝缘子串的闪络放电，引起线路开关的跳闸。而绕击雷则是雷电绕过架空地线的保护，直接击于导线，引起线路开关的跳闸。 　　“在所有导致线路跳闸的因素里，雷害引发的线路跳闸占70%左右。一般在平原地区，线路遭遇反击跳闸要比绕击跳闸多。而在云南这种多山地的省份，绕击雷害导致线路跳闸却占到60%~70%，反击雷导致的跳闸反而只占30%左右。”梅忠恕认为，云南电网近几年对反击雷害的防治已有显著成效，但对绕击雷害防治的技术手段还很有限。 　　绕击雷防治的专家处方 　　那么，新型防雷技术综合等离子拒雷装置对电网保护意义到底有多大?它对云南最常见，目前尚无很好技术手段攻克的绕击雷有无关键性的防范作用?梅忠恕表示，该技术的详细情况目前并未发布，他不好发表意见。但他认为，在雷暴日超过40天(国家平均数)的云南，雷电活动这种自然现象目前还没有规律可循，不知道同一类型的雷害发生的概率到底为多少，随机性有多大，因此，任何一种新技术，防治效果如何，还得经过漫长的实践考验才能评判。 　　梅忠恕说，最近几年，云南电网公司输电线路的运行管理部门通过降低杆塔接地电阻、减小地线对导线的保护角、加装耦合地线、在杆塔上装可控避雷针、在地线上加装短侧针、边相加装氧化锌避雷器以及杆塔上采用综合防雷措施等等，取得一定效果。但是，这些措施中，除了减小地线保护角对防范绕击雷害较有作用，其他措施都局限于反击雷的防治，而云南反击雷害比例并不大。他认为，目前云南电网在反击雷害防治手段上，技术力量已近成熟。解决绕击雷害防治才是进一步减少雷害对电网安全影响的关键。 　　“绕击导线的雷有一个基本规律：大雷(指雷电流的幅值较大)一般不可能击到导线，而只能击到地线、杆塔或大地，只有(雷电流幅值)较小的雷才有可能击中导线。”梅忠恕根据自己多年对绕击雷的研究，得出一个挺专业的结论，“最大绕击距与线路的导、地线离地的平均高度成正比，并与保护角和大地的倾斜角有关”。他解释说，计算最大绕击距的实际意义在于，击距大于最大绕击距的雷是不可能击到导线的，而只能击到地线、杆塔或大地。只有小于最大绕击距的雷，才有可能击到导线。这使他总结出一个防治绕击雷的重要措施，即通过改变线路的某些参数，或采用旁侧地线，减小绕击区和最大绕击距。只要最大绕击距小于线路的耐雷击距，线路即使遭受雷击，也因小于耐雷水平而不会跳闸。 　　梅忠恕说，要在实际操作中运用这一措施，可以在雷击严重的线路的局部线段旁，架设与线路平行的旁侧地线，以此缩小线路的绕击区和最大绕击距。比如在容易遭受雷击的110千伏及220千伏线路中，将这两条线路的最大绕击距分别减小到28米和40米，就能确保绕击次数大大减少，即便发生绕击也不会造成绝缘子串的闪络和线路开关跳闸。 　　“像易击雷区;山区，特别是较大坡度的地区;大跨越山谷沟壑地区，导线与地线离地高度大的地区;以及经过多年运行经验或事故调查发现的绕击多发地区，都需要架设旁侧地线。”因为这些地区是雷电绕击的主要发生区域，梅忠恕说。 　　链接: 　　全国雷暴日的分布 　　所谓“雷暴日”就是在一天之内能听到雷声就算一个雷暴日。某一地区雷电活动的频繁程度，以该地区一年内的平均雷暴日数，即年平均雷暴日来衡量。此外，也有用雷暴小时来衡量雷电活动的频繁程度的(我国大部分地区一个雷暴日约折合三个雷暴小时)。 　　全球从南纬60度到北纬80度都有雷暴活动，热带最多，温带地区一年四季都会出现，并在春夏最多;另外，从雷暴的分布来看，陆地多于海洋，陆地雷暴多出现在午后，海洋中多发生在暖海流水域上空，并在夜间居多。我国沿海雷暴以海南岛最多，平均每年出现100多天。雷州半岛是我国最大的雷区。我国的山地雷电活动较平原频繁，南方某些地区每年最多的雷暴日高达100～130日，一般也在80日以上;华中地区约40～80日;长江以北大约为20～40日，西北地区在20日以下。在年雷暴日高于全国年平均雷暴日的23大城市里，云南省景洪市以116.4日位居第一，丽江以75.8日位居第十三名，昆明以62.8日位居第十九名。西双版纳州所辖的勐腊县年平均雷暴日数达138天，最高可达157天，是全国闻名的“雷都”之一。 　　据了解，云南省每年发生雷电灾害事件300起以上，2004年全省雷击灾害是近10年来最强的年份，全省因雷击造成126人死亡、88人受伤;2006年全省因雷击造成84人死亡、60人受伤;雷电灾害是导致云南省人员伤亡最多的自然灾害之一。据统计,昆明市有30%~50%的建筑物防雷设施不完善,每年有20%左右的防雷设施未按有关规定和规范进行年检,存在较大的安全隐患。 　　小帖士： 　　个人与家庭如何防雷害 　　专家提醒，在云南雷暴高发期的夏季，一定要提高警惕防雷击，雷雨天时最好停打手机，也不要上网看信息。打雷时最好把电脑的电源插座拔掉，应确保计算机有良好的接地。另外，家用电器最好接地线。尽量不要接听和拨打手机，普通电话也应避免在雷击时使用。因为避雷针只能保护建筑物，但对沿着架空电线、电话线侵入的雷电波却无能为力。 　　专家介绍，如果当身处雷暴区域内，而周围建筑没有防雷器，那么应当采取被动保护措施，例如关好门窗，避免雷电进屋。走在路上的人在避雨时不要靠近孤立的高楼、电杆、烟囱、房角屋檐，更不能站在空旷的高地上或到大树下躲雨。

通天雷神

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