0引言架空地線是指用于在高壓線路，與大地聯通的導線，由于存在對導線屏蔽以及耦合作用，可以大幅度降低雷電直擊導線的概率。但也難以避免的會因雷擊造成線路跳閘。因此如何實現線路防雷成為現階段，眾多企業(yè)的研究重點，為此，筆者將以最常見的雷擊架空地線斷線作為研究對象，在分析故障原因的基礎上，提出針對性的預防措施。1案例分析筆者將以國網陜西商洛供電公司線路作為研究對象，該公司共運維127條輸電線路，長度達到2900km，線路走徑超過90%位于崇山峻嶺當中，且輸電線路面寬、線廣，跨越地形環(huán)境較為復雜，山大溝深雷電混動較為頻繁。一般情況下當產生雷擊故障后，會造成架空地線斷線，通常位于懸垂線夾處。為了避免雷擊架空地線斷線的形成，該企業(yè)采用了雷電定位系統(tǒng)，用于數據的統(tǒng)計分析，并在參考大量文獻后，將其總結為如下。2輸電線路雷擊架空地線斷線原因2.1雷電流熱效應雷電流熱效應是指在雷電流經過被雷擊的物體時，會出現發(fā)熱現象，由于雷電流較大，且經過時間較短，因此物體瞬間產生的熱無法及時發(fā)散，進而造成物體水分迅速蒸發(fā)，使蒸汽快速膨脹，產生爆炸。在雷擊架空電線時，雷電通道溫度甚至一度達到上千攝氏度，即便對于架空地線導體來說，熱效應程度偏低，但在與放電通道接觸的區(qū)域，足以產生熔化幾毫米金屬的高溫，此類現象也是造成架空地線無法有序斷股的直接原因。在分析時，可將其視作絕熱過程，并借助熱平衡公式計算溫升大小，即：式中：i——短路電流；m——導體質量；R0——雷擊點周邊的電弧電阻；c0——導體比熱容。同時要注意，由于短路電流主要集中在電弧位置，而電弧作用點質量較低，因此，引發(fā)的溫升往往較大。根據實驗調查顯示，在使用50～100kA的雷電波沖擊GJ50鋼絞線的過程中，雖然沒有產生鋼絲熔斷的問題，但也存在一定程度的燒傷，而在使用100kA雷電波沖擊鋼絲的過程中，則只有鍍鋅層存在一定的損壞現象。由此可見，若單純依靠雷電流熱效應無法準確解釋雷擊導線斷線，但也可證明規(guī)格不同的鋼絲，導體比熱容與導體質量存在較大差異性，相較于GJ50鋼絞線來說，細股鋼絞線更容易產生斷股問題。2.2雷電流沖擊效應雷電流沖擊效應是指在空氣中可傳播高達數萬攝氏度的激波，簡單來說便是一種極強的機械沖擊力。當導地線受到雷擊時，機械沖擊波產生的沖量遠遠高于導地線的承受極限，最終造成斷線。其沖量大小往往由短路電流的幅值高低所決定，并直接決定了導地線的實際狀態(tài)，具體的計算方法為：2.3工頻短路電流熱效應一般情況下，當產生雷擊架空地線斷線時，伴隨絕緣子閃絡放電，是指在電場作用下，并未出現絕緣結構擊穿，但表面接觸空氣時產生放電現象。圖1為絕緣子雷擊。因為地線系統(tǒng)本身的電阻遠低于，斷線后被接地的桿塔阻抗，所以工頻續(xù)流會持續(xù)不斷地分流到架空地線。假設桿塔接地電阻為R1，地線電阻為R2，則可通過（R1×R2）1/2，推算出近45%的短路電流經過雷擊點。同時還要注意，由于雷擊時，會造成架空地線溫升，也會進一步提高電阻值，即便短路電流低于雷電流，但作用時間較長，使最終能量超出雷電流能量，在增加雷擊點溫度的同時，也會加大斷線的可能性。圖1絕緣子雷擊在分析過程中，需要預先計算短路電流熱穩(wěn)定數值，之后結合電阻溫度系數，確定不同架空地線的熱穩(wěn)定大小。例如，GJ25鋼絞線每厘米長度熱容量達到1J/K，每厘米長度電阻達到5×10-5Ω；GJ50鋼絞線每厘米長度熱容量達到1.88J/K，每厘米長度電阻達到2.8×10-5Ω；GJ100鋼絞線每厘米長度熱容量達到3.8J/K，每厘米長度電阻達到1.4×10-5Ω。假設地線初始溫度為40°C，可通過計算得到在不同升溫條件下的地線熱穩(wěn)定數值。即：313K溫度下，GJ25、GJ50、GJ100鋼絞線在0.1s時的電流分別為6150A、11430A、23300A；423K溫度下，GJ25、GJ50、GJ100鋼絞線在0.1s時的電流分別為4700A、8700A、17800A；473K溫度下，GJ25、GJ50、GJ100鋼絞線在0.1s時的電流分別為4100A、7500A、15400A。根據計算結果顯示，GJ25鋼絞線的熱穩(wěn)定電流難以契合熱穩(wěn)定標準，尤其在雷電流作用下，熱穩(wěn)定數值更低。而對于GJ50以及GJ100來說，同樣無法滿足實際標準，因此需要采用針對性的處理措施，最終可以確定，工頻短路電流熱效應是引發(fā)雷擊架空地線斷線的原因之一。2.4架空地線張力作用根據上述分析可知，無論是雷電流熱效應，還是短路電流熱效應，都會在一定程度上提高導線溫度，而在高溫條件下，架空地線本身的抗拉強度也會出現大幅度衰減，對于鋼材來說，熔化溫度大約在1550°C，在熱效應以及抗拉性能削弱的共同影響下，必然會引發(fā)架空地線斷落[1]。2.5設計規(guī)程不夠合理根據筆者實際調查顯示，我國在架空送電線路設計技術規(guī)程中雖然明確提出了短路電流熱穩(wěn)定的相關標準，但對于雷電流+短路電流下的熱穩(wěn)定則缺少詳細解釋。一般情況下，在線路設計方面，需要充分考慮地線與導線的實際匹配情況，但許多人員往往會忽視地線的熱穩(wěn)定校驗。除此之外，對于本次輸電線路來說，造成斷線的雷電流，數值往往不到100kA，而作用時間也往往不超過100μs，至于工頻續(xù)流的數值基本與雷電流一致，作用時間在100～1000ms。由于作用時間更長，因此產生的能量更高，此時可將其看做造成架空地線線夾位置斷線的主要原因之一。至于另一原因則表現為線夾與架空地線間的接觸電阻，當電阻數值偏高，形成的能量也就越大，若線路本身的規(guī)格偏高，則會加大熱容量，從而進一步增加溫升。通常來說，接觸電阻的組成部分主要包括束流、表面膜電阻，當處于高電壓環(huán)境下，后者極易出現破壞，因此在分析時可忽略不計。由束流電阻直接反映接觸電阻大小，并采用下述公式進行計算。由此可知，接觸電阻數值大小基本由線夾的構造形式所決定，而在安裝時的緊固力也會在一定程度上對數值產生影響。對于本次輸電線路來說，桿塔上采用的接頭螺栓扭矩在18～47Nm，尚未達到標準值。而利用回路法獲取接地電阻大小時，發(fā)現數值大約在幾歐姆左右。究其原因在于，以往施工線路會采用鋁包帶，進而造成接觸電阻數值偏高。至于懸垂線夾等金具在日常使用時不會出現電流導通，只有在出現異常故障時，才會導通短路電流。但在有關懸垂線夾的國家標準中，并未明確規(guī)定短路電流的電阻、溫升，這也是造成線夾位置出現斷線的原因之一[2]。3輸電線路防雷措施3.1預防雷擊永久性故障（1）要避免雷擊絕緣子掉串，需要技術人員嚴把設計關，盡可能使用玻璃絕緣子，是指用于支持導線，并使其絕緣的器件，其優(yōu)勢在于表層機械強度極高，不易產生裂縫，且電氣強度能夠保持在整個運行周期內不會出現改變，而老化過程也要遠遠慢于瓷件。同時，采用玻璃絕緣子可以進一步取消運行環(huán)節(jié)的預防性實驗，究其原因在于，若鋼化玻璃損壞，必然會引發(fā)絕緣子損壞，很容易被運行人員在巡線階段發(fā)現，且損壞絕緣子的剩余部分具有足夠的機械強度，能夠避免絕緣子串斷脫。圖2為鋼材機械強度在溫度變化下的表現。圖2鋼材機械強度在溫度變化下的表現（2）要安裝引流線，如圖3所示，用以提高分流，最大程度降低經過懸垂線夾的電流，并同樣要把好設計關，在鋼絞線的選擇上，優(yōu)選采用GJ50型號，禁止使用GJ35以下的鋼絞線，從而保證架空地線具有極高的熱穩(wěn)定性。并合理使用金具，明確規(guī)定其熱穩(wěn)定指標[3]。圖3安裝引流線3.2提高耐雷水平，減少雷擊（1）需根據項目所在區(qū)域，進行耐雷水平的針對性強化，例如，在山區(qū)，雷擊形式更多的表現為繞擊雷擊，占比超過80%，可采用構建防雷走廊的形式，降低雷擊。簡單來說，便是架設配網避雷線，實現引雷入地，采用鐵線制成，固定在電桿上，保證架空地線高度超過電桿頂端一定距離，使用鍍鋅鐵線架設，并焊接好引線，沿電桿接地，這樣也能確保避雷線對感應雷起到一定的屏蔽效果?；蚴沁x擇減少接地電阻，具體操作為：更換土壤，選擇電阻率更低的土壤；添加降阻劑，在接地體表面涂抹電解質或是導電物質，用以大幅度提高接地體與土壤的接觸面積，達到分散電流的目的；使用水池，對于土壤電阻率相對較高的地區(qū)，可直接利用水井，憑借水電阻率較低的特性，減少接地電阻；延長接地極，即利用多根鋼筋相互連接，打造接地極組；使用爆破接地技術，是指利用鉆孔機在地中垂直鉆出直徑為100mm的孔，在孔內設置接地極，之后依照一定距離放置炸藥，實施爆破作業(yè)，在巖石爆裂后，采用壓力機將調成漿狀的低電阻率材料壓入深孔，以及爆破產生的裂縫，從而達到將低電阻率材料下入土壤內部的目的，促進接地電極與土壤的接觸，實現接地電阻的大幅度削弱。對于平原、丘嶺地區(qū)來說，則主要表現為反擊雷擊，更適合采用減少保護角的防雷措施，例如，對于500kV高壓輸電線路來說，要保證保護角始終低于-5°。或者加強絕緣，例如，采用金屬避雷針，使用有機硅、聚氨酯等防雷絕緣涂料[4]。（2）要切實提高工程質量，實現新舊地網的多點連接，盡可能使用多閉環(huán)、垂直集中接地的形式，減少地網電感。搭配桿頭局部加強屏蔽的方式，提高雷擊應對效果，若企業(yè)資金較為充足，對于雷擊概率較少的線路，可設置數量充足的線路避雷器，用于保護電氣設備免受高瞬態(tài)過電壓危害，能夠在一定程度上限制續(xù)流時間，也能有效控制續(xù)流幅值的電器。其應用原理在于在系統(tǒng)工作電壓下，設備表現為高電阻狀態(tài)，只有微安級電流經過。而在大電流作用下，設備則表現為低電阻，以此起到限制避雷器兩端殘壓的作用。在安裝避雷器時還要做好過電壓的約束，防止出現絕緣子閃絡，降低斷路器擊穿的概率，最大程度維護線路安全。此外，工作人員要充分考慮到，隨著系統(tǒng)容量的不斷提升，已建線路的接地短路容量逐漸無法滿足短路熱穩(wěn)定標準，為此應及時校核架空地線的短路熱穩(wěn)定容量，并結合實際結果采取針對性的改造措施。最后，則要落實防雷評估，結合信息化技術、數字化設備，打造微觀化風雷風險評估機制，結合評估結果，采取差異化防雷應對。至于在人員管理方面，則要做