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一、架空輸電線路雷電過電壓概述
架空輸電線路地處曠野，綿延數(shù)千千米，很容易遭受雷擊.雷擊是造成線路跳閘的主要原因.同時(shí)，雷擊線路形成的雷電過電壓波.沿線路傳播侵人變電所.也是危害變電所設(shè)備運(yùn)行的重要因素。
根據(jù)過電壓形成的物理過程，雷電過電壓可以分為兩種。一是直擊雷過電壓。它是雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€（見圖2. 1中①、②或③）引起的線路過電壓。二是感應(yīng)雷過電壓。它是在雷擊線路附近大地，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明.直擊雷過電壓對電力系統(tǒng)的危害大，感應(yīng)雷過電壓只對35 kV及其以下的線路有威脅。圖2.1 雷擊輸電線路部位示意圖
按照雷擊線路部位的不同，直擊雷過電壓又分為兩種情況.一種是雷擊線路桿塔或避雷線時(shí)，雷電流通過雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對地電位大大升高.當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓。因?yàn)檫@時(shí)桿塔或避雷線的電位(值)反而高于導(dǎo)線。故通常稱為反擊。另一種是雷電直接擊中導(dǎo)線(無避雷線時(shí))或繞過避雷線(屏蔽失效)擊中導(dǎo)線.直接在導(dǎo)線上引起過電壓。后者通常稱為繞擊。
雷擊線路可能導(dǎo)致兩種破壞性后果。一是使線路發(fā)生短路接地故障。雷電過電壓的作用時(shí)間雖然很短(數(shù)十秒)，但導(dǎo)線對地(避雷線或桿塔)發(fā)生閃絡(luò)以后，工頻電壓將沿此閃絡(luò)通道繼續(xù)放電，進(jìn)而發(fā)展成為工頻電弧接地。此時(shí)繼電保護(hù)裝置將會(huì)動(dòng)作，使斷路器跳閘，影響線路正常送電。二是形成沿輸電線路侵人變電站的雷電波，在變電站內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的折反射過程，可能使電力設(shè)備承受很高的過電壓，以致設(shè)備絕緣破壞.造成停電事故。
輸電線路防雷性能的優(yōu)劣，工程上主要用耐雷水平和雷擊跳閘率這兩個(gè)指標(biāo)來衡盆。耐雷水平是指線路遭受雷擊時(shí)所能耐受的不致引起絕緣閃絡(luò)的大雷電流幅值(單位為kA).耐雷水平越高，線路的防雷性能越好.雷擊跳閘率是指在折算至年雷電日數(shù)為40的標(biāo)準(zhǔn)條件下.每百千米線路每年因雷擊引起的線路跳閘次數(shù).單位為:次/百千米·年。需擊跳閘率是衡量線路防雷性能的綜合性指標(biāo)。二、感應(yīng)過電壓
在雷云對地放電過程中.放電通道周圍的空間電磁場將發(fā)生急劇變化。因而當(dāng)雷擊輸電線附近的地面時(shí)，雖未直擊導(dǎo)線。由于雷電過程引起周圍電磁場的突變，也會(huì)在導(dǎo)線上感應(yīng)出一個(gè)高電壓來.這就是感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓包含靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個(gè)分量，一般以靜電感應(yīng)分量為主。
雖然對于感應(yīng)過電壓形成的物理解釋已經(jīng)有了一個(gè)比較一致的認(rèn)識，但由于難以得到雷電放電過程的原始數(shù)據(jù)等原因，感應(yīng)過電壓有多種不同的計(jì)算方法，而且結(jié)果還差別較大。
由于感應(yīng)過電壓對各相導(dǎo)線來說基本相同，所以不會(huì)發(fā)生相間閃絡(luò)。又由于感應(yīng)過電壓是因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，其極性與雷云電荷.即與雷電流的極性正相反，因而絕大部分感應(yīng)過電壓是正極性的，這一點(diǎn)與直擊雷過電壓不同。另外，感應(yīng)過電壓的波形較直擊雷過電壓更平緩，波頭由幾秒至幾十秒，波尾則可達(dá)數(shù)百秒。避雷線由于對導(dǎo)線有屏蔽作用.因而能降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓幅值。避雷線與導(dǎo)線間的藕合系數(shù)越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就越低。
三、雷擊導(dǎo)線過電壓
無避雷線的線路，當(dāng)雷閃放電過分靠近線路時(shí)，發(fā)生的就不是雷擊地面的感應(yīng)過電壓，而是雷電直擊導(dǎo)線的過電壓。在我國110 kV及其以上線路一般都架
有避雷線.以免導(dǎo)線直接遭受雷擊，但由于各種偶然因素的影響.仍有可能發(fā)生避雷線屏蔽失效.雷電繞過避雷線而擊中導(dǎo)線的情況，通常稱繞擊.
繞擊發(fā)生的概率雖然很低，但一旦雷電擊中導(dǎo)線，導(dǎo)致線路跳閘的幾率將很高。四、雷擊塔頂過電壓
雷擊塔頂(包括雷擊塔頂附近的避雷線)時(shí)，桿塔電感與接地電阻的存在將使塔頂電位瞬時(shí)升高，其電位位甚至大大超過導(dǎo)線電位，引起絕緣子串閃絡(luò)，即反擊，造成線路跳閘，同時(shí)在線路上形成向線路兩側(cè)傳播的過電壓波.過電壓波侵人發(fā)電廠、變電站。
除上述二種雷電過電壓外，還有一種雷擊避雷線擋距中央時(shí)的過電壓.國內(nèi)外大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，此時(shí)引起擋距中央避需線與導(dǎo)線空氣問隙發(fā)生閃絡(luò)是非常罕見的，故對這種雷電過電壓此處不再分析。
應(yīng)當(dāng)指出，上面的感應(yīng)過電壓、雷擊導(dǎo)線過電壓、雷擊塔頂過電壓的計(jì)算公式都沒有考慮絕緣子串的運(yùn)行電壓，亦即導(dǎo)線的運(yùn)行電壓.對220 kV及其以下的線路來說，運(yùn)行電壓所占比重不大，一般可以忽略。但在超高壓線路中，隨著電壓等級的提高，工作電壓不應(yīng)再被忽略，有人建議至少應(yīng)按照導(dǎo)線運(yùn)行相電壓峰值的一半來考慮，且電壓極性與雷電流極性相反。因?yàn)槿魏螘r(shí)刻都至少有一相導(dǎo)線運(yùn)行在與雷電流相反的極性下。如果按照統(tǒng)計(jì)法計(jì)算，則雷擊時(shí)的導(dǎo)線工作電壓瞬時(shí)值及其極性應(yīng)作為一個(gè)隨機(jī)變來考慮。但這些還都沒有列入電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)程中。
五、雷擊跳閘率
當(dāng)雷閃放電造成線路產(chǎn)生雷電過電壓時(shí)，若雷電流超過相應(yīng)情況下的耐雷水平，則導(dǎo)致線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)。但雷電過電壓的持續(xù)時(shí)間極短，只有幾十秒、高壓開關(guān)還來不及跳閘.只有當(dāng)沖擊閃絡(luò)后的閃絡(luò)通道發(fā)展成穩(wěn)定的工頻電弧時(shí)才會(huì)導(dǎo)致線路跳閘。這些過程都有隨機(jī)性。因此工程中除耐雷水平外.還采用雷擊跳閘率作為一個(gè)綜合指標(biāo)，來衡量線路防雷性能的優(yōu)劣。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620 1997給出了一般上壤電阻率地區(qū)有避雷線線路的耐雷水平和雷擊跳閘率數(shù)值.見表2.
表2 架空輸電線路典型桿塔的耐雷水平及雷擊跳閘率
一、防雷檢測周期
防雷產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、氣象、地理環(huán)境及土地特性等安排合適的檢驗(yàn)周期。例如，一般對安裝在爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的防雷裝置，宜每半年檢測一次。對其他場所防雷裝置應(yīng)每年檢測一次。對電力系統(tǒng)的輸變電桿塔一般每6年檢測一次。
實(shí)際上.對有大量測試點(diǎn)的某建筑物的防雷檢測也是按主要測試點(diǎn)每年檢測一次.對其他次要測試點(diǎn)輪流抽測來進(jìn)行的。
二、防雷檢測程序
防雷檢驗(yàn)就是按照規(guī)定的程序，為了確定防雷產(chǎn)品的一種或多種特性或性能的技術(shù)操作。為達(dá)到質(zhì)量要求應(yīng)采取一系列作業(yè)技術(shù)和活動(dòng)。
防雷設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)正確配備進(jìn)行檢驗(yàn)的全部儀器設(shè)備。儀器設(shè)備驗(yàn)收、流轉(zhuǎn)應(yīng)受控。應(yīng)對所有儀器設(shè)備進(jìn)行正常維護(hù)，并有維護(hù)程序。如果任一儀器設(shè)備有過載或錯(cuò)誤操作、或顯示的結(jié)果可疑、或通過檢定(驗(yàn)證)或其他方式表明有缺陷時(shí)，應(yīng)立即停止使用，并加以明顯標(biāo)識，如可能應(yīng)將其貯存在規(guī)定的地方直至修復(fù)，修復(fù)的儀器設(shè)備必須經(jīng)校準(zhǔn)、檢定(驗(yàn)證)，或檢驗(yàn)證明其功能指標(biāo)已恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)檢查由于這種缺陷對過去進(jìn)行的檢驗(yàn)所造成的影響。
每一臺檢測用儀器設(shè)備都應(yīng)有明顯的標(biāo)志來表明其校準(zhǔn)或檢定狀態(tài)。應(yīng)有“合格”、“準(zhǔn)用”、“停用”等計(jì)量標(biāo)志;通常上述標(biāo)志用“綠”、“黃”、“紅”三色標(biāo)志表示;(非計(jì)量)測試設(shè)備也應(yīng)有類似的彩色標(biāo)志.表明其經(jīng)驗(yàn)證后是否處于完好狀態(tài)。具體標(biāo)志管理為:
(1)合格證(綠色)為計(jì)量檢定合格者；
(2)準(zhǔn)用證(黃色)為不必檢定的設(shè)備，經(jīng)檢查其功能正常者(如計(jì)算機(jī)，打印機(jī)等)；
多功能檢測設(shè)備，某些功能巳喪失.但檢測工作所用功能正常，經(jīng)校準(zhǔn)合格者;測試設(shè)備某一量程準(zhǔn)確度不合格，但檢驗(yàn)(測)工作所用量程合格者;降級使用。
(3)停用證(紅色)
檢測儀器、設(shè)備損壞者，
檢測儀器、設(shè)備經(jīng)計(jì)量檢定不合格者;
檢測儀器、設(shè)備性能無法確定者，
檢測儀器、設(shè)備超過檢定周期者;
每次使用前都應(yīng)進(jìn)行儀器有效期確認(rèn)、基本功能的檢查和零點(diǎn)的調(diào)整(如果有的話)。
防雷產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)使用適當(dāng)?shù)姆椒ê统绦蜻M(jìn)行所有檢驗(yàn)工作以及職責(zé)范圍內(nèi)的其他有關(guān)業(yè)務(wù)活動(dòng)(包括樣品的抽取、處置，測量不確定度的估算，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析)，這些方法和程序應(yīng)與所要求的準(zhǔn)確度和有關(guān)檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一致.防雷產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)除了應(yīng)按《防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》的條文要求進(jìn)行檢測作業(yè)外，好專門制定相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范檢測工作.
大多數(shù)建筑物應(yīng)先通過查閱防雷工程技術(shù)資料、圖紙，了解被檢方的防雷設(shè)施的基本情況，然后進(jìn)行現(xiàn)場檢測。
三、防雷檢測數(shù)據(jù)處理
防雷產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)有適合自身具體情況并符合現(xiàn)行規(guī)章的記錄制度.所有的原始測試記錄、計(jì)算和導(dǎo)出數(shù)據(jù)、記錄以及副本、檢驗(yàn)副本、檢驗(yàn)報(bào)告副本均應(yīng)歸檔并保存適當(dāng)?shù)钠谙蕖＠纾４鎯蓚€(gè)檢測周期以上時(shí)間。
每次檢驗(yàn)的記錄應(yīng)包含足夠的息以保證其能夠再現(xiàn)。記錄應(yīng)包括參與檢驗(yàn)人員的標(biāo)識.記錄更改應(yīng)按適當(dāng)程序規(guī)范進(jìn)行.應(yīng)使用預(yù)先設(shè)計(jì)好的原始記錄表，現(xiàn)場記錄，現(xiàn)場簽名.杜絕現(xiàn)場用白紙臨時(shí)記錄，回去再重新登錄整理記錄的情況發(fā)生。
所有記錄(包括有關(guān)校準(zhǔn)和檢驗(yàn)儀器設(shè)備的記錄)、和報(bào)告都應(yīng)貯存、妥善保管并為委托方保密。
對于實(shí)驗(yàn)室完成的每一項(xiàng)或每一系列檢臉的結(jié)果，均應(yīng)按照檢驗(yàn)方法中的規(guī)定，準(zhǔn)確、清晰、明確、客觀地在檢臉或報(bào)告中表述.應(yīng)采用法定計(jì)量單位。或報(bào)告中還應(yīng)包括為說明檢驗(yàn)結(jié)果所必需的各種息采用方法所要求的全部息。應(yīng)合理地編制檢驗(yàn)或報(bào)告，尤其是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的表達(dá)應(yīng)易于讀者理解.注意逐一設(shè)計(jì)所承擔(dān)不同類型檢驗(yàn)或報(bào)告的格式，但標(biāo)題應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化.
對已發(fā)出的檢驗(yàn)或報(bào)告作重大修改，只能以另發(fā)文的方式，或采用對“編號為xxxx的檢驗(yàn)或報(bào)告”作出補(bǔ)充聲明或以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)修改單的方式。這種修改應(yīng)有相應(yīng)規(guī)定。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)諸如檢驗(yàn)儀器設(shè)備有缺陷等情況，而對任何、報(bào)告或?qū)驁?bào)告的修改單所給出結(jié)果的有效性產(chǎn)生疑問時(shí)，防雷產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)立即以書面形式通知被檢方。
當(dāng)被檢方要求用、電傳、圖文傳真或其他電子和電磁設(shè)備傳送檢驗(yàn)結(jié)果時(shí)，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)保證其工作人員遵循質(zhì)量文件規(guī)定的程序.這些程序應(yīng)滿足本準(zhǔn)則的要求，并為委托方保密。
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