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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，雷擊線路形成的雷電過電壓波.沿線路傳播侵人變電所.也是危害變電所設備運行的重要因素。
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、避雷線或導線（見圖2. 1中①、②或③）引起的線路過電壓。二是感應雷過電壓。它是在雷擊線路附近大地，由于電磁感應在導線上產(chǎn)生的過電壓。運行經(jīng)驗表明.直擊雷過電壓對電力系統(tǒng)的危害大，感應雷過電壓只對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，雷電流通過雷擊點阻抗使該點對地電位大大升高.當雷擊點與導線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時，會對導線發(fā)生閃絡，使導線出現(xiàn)過電壓。因為這時桿塔或避雷線的電位(值)反而高于導線。故通常稱為反擊。另一種是雷電直接擊中導線(無避雷線時)或繞過避雷線(屏蔽失效)擊中導線.直接在導線上引起過電壓。后者通常稱為繞擊。
雷擊線路可能導致兩種破壞性后果。一是使線路發(fā)生短路接地故障。雷電過電壓的作用時間雖然很短(數(shù)十秒)，但導線對地(避雷線或桿塔)發(fā)生閃絡以后，工頻電壓將沿此閃絡通道繼續(xù)放電，進而發(fā)展成為工頻電弧接地。此時繼電保護裝置將會動作，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，在變電站內產(chǎn)生復雜的折反射過程，可能使電力設備承受很高的過電壓，以致設備絕緣破壞.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指標來衡盆。耐雷水平是指線路遭受雷擊時所能耐受的不致引起絕緣閃絡的大雷電流幅值(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的標準條件下.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。二、感應過電壓
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。因而當雷擊輸電線附近的地面時，雖未直擊導線。由于雷電過程引起周圍電磁場的突變，也會在導線上感應出一個高電壓來.這就是感應過電壓。感應過電壓包含靜電感應和電磁感應兩個分量，一般以靜電感應分量為主。
雖然對于感應過電壓形成的物理解釋已經(jīng)有了一個比較一致的認識，但由于難以得到雷電放電過程的原始數(shù)據(jù)等原因，感應過電壓有多種不同的計算方法，而且結果還差別較大。
由于感應過電壓對各相導線來說基本相同，所以不會發(fā)生相間閃絡。又由于感應過電壓是因電磁感應而產(chǎn)生的，其極性與雷云電荷.即與雷電流的極性正相反，因而絕大部分感應過電壓是正極性的，這一點與直擊雷過電壓不同。另外，感應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，波尾則可達數(shù)百秒。避雷線由于對導線有屏蔽作用.因而能降低導線上的感應過電壓幅值。避雷線與導線間的藕合系數(shù)越大，導線上的感應過電壓就越低。
三、雷擊導線過電壓
無避雷線的線路，當雷閃放電過分靠近線路時，發(fā)生的就不是雷擊地面的感應過電壓，而是雷電直擊導線的過電壓。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，但一旦雷電擊中導線，導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，桿塔電感與接地電阻的存在將使塔頂電位瞬時升高，其電位位甚至大大超過導線電位，引起絕緣子串閃絡，即反擊，造成線路跳閘，同時在線路上形成向線路兩側傳播的過電壓波.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的過電壓.國內外大量的運行經(jīng)驗表明，此時引起擋距中央避需線與導線空氣問隙發(fā)生閃絡是非常罕見的，故對這種雷電過電壓此處不再分析。
應當指出，上面的感應過電壓、雷擊導線過電壓、雷擊塔頂過電壓的計算公式都沒有考慮絕緣子串的運行電壓，亦即導線的運行電壓.對220 kV及其以下的線路來說，運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，工作電壓不應再被忽略，有人建議至少應按照導線運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。因為任何時刻都至少有一相導線運行在與雷電流相反的極性下。如果按照統(tǒng)計法計算，則雷擊時的導線工作電壓瞬時值及其極性應作為一個隨機變來考慮。但這些還都沒有列入電力行業(yè)的相關規(guī)程中。
五、雷擊跳閘率
當雷閃放電造成線路產(chǎn)生雷電過電壓時，若雷電流超過相應情況下的耐雷水平，則導致線路絕緣發(fā)生閃絡。但雷電過電壓的持續(xù)時間極短，只有幾十秒、高壓開關還來不及跳閘.只有當沖擊閃絡后的閃絡通道發(fā)展成穩(wěn)定的工頻電弧時才會導致線路跳閘。這些過程都有隨機性。因此工程中除耐雷水平外.還采用雷擊跳閘率作為一個綜合指標，來衡量線路防雷性能的優(yōu)劣。我國電力行業(yè)標準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
夏季雷雨天氣來臨，電腦被雷電擊壞概率很高，近有許多朋友問我電腦雷擊的問題，由于天南海北問這個問題的朋友太多，以至于我應接不暇。由于我的精力有限，實在難以招架，故寫下這篇文章，減輕我的壓力。同時希望電腦被雷擊的朋友看到這篇文章就知道該怎么處理，沒有該問題的朋友知道怎么防范。
雷電進入電腦一般有兩個途徑，一是網(wǎng)線，二是電源線，或者二者兼而有之。進入途徑不同，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象也不同，如果雷電由網(wǎng)線進入，常常是電腦無法上網(wǎng)。有經(jīng)驗的朋友也許會發(fā)現(xiàn)貓的燈閃耀不正常或者不閃耀，網(wǎng)卡找不到或者在硬件管理中有一個驚嘆號，有時候能夠通過網(wǎng)絡連接，有時候不能夠網(wǎng)絡連接。但是即使能夠網(wǎng)絡連接，也是不穩(wěn)定的，會不斷掉線。這時候好把貓和網(wǎng)卡都換掉，問題就解決了。雷電由這個途徑擊壞的電腦概率很高，電腦其他部分損壞的概率不大。雷電由電源線進入電腦，這種情況比上一種情況概率低些，但是損壞很嚴重，主要表現(xiàn)在電腦黑屏，開不了機。這時候需要通過排除法來確定故障范圍，先確定顯示器是否被雷電擊壞，如果顯示器無故障，電腦黑屏，需要先更換主機電源，如果還不行，就需要把主機按小化系統(tǒng)來確定故障范圍。方法是，拔去主機的硬盤、光驅等，找一個正常的電源，把主板，cpu，內存，顯卡（集成板無需此項），組成小化系統(tǒng)，接上顯示器，看能否點亮顯示器，如果不行，則按主板---內存---cpu的順序一一更換，直到能點亮顯示器確認故障件為止。一般，雷擊壞的主機在小化系統(tǒng)仍不能開機，主板鐵定損壞，電源即使測量完好、當下可以使用也要堅決更換，否則后患無窮。如果組成小化后主機能夠順利開機，則把其他配件一一接上實驗，要每接一個配件實驗開機一次，以確認故障配件。
下面談談雷雨天氣如何防止雷電擊壞電腦。在雷雨天氣，好不要開電腦，如果確實需要開機，在單位的朋友要把防雷設備維護好，防雷設備不要帶病工作。在家庭的朋友或者單位沒有防雷設施的朋友，購買時好選擇有防雷擊功能的電腦，不過由于現(xiàn)在技術限制，目前這種電腦只能防感應雷，尚不能防直擊雷。我有一個小經(jīng)驗，可以在電腦供電電源前加一個1:1的隔離變壓器，什么是1:1的隔離變壓器呢，就是變壓器的進線電壓和出線電壓相等，都是220伏特。變壓器具體容量需要看你的電腦功耗情況，我用的是300W的，夠電腦和打印機使用。這個經(jīng)驗是我以前在維修電視機時總結出來的，我發(fā)現(xiàn)黑白電視機幾乎沒有被雷擊壞的，而彩色電視很容易被雷擊壞，他們的區(qū)別就是黑白電視機用有一個和市電隔離的變壓器，而彩電沒有這個變壓器。不過究竟是不是這個原因尚需檢驗。即使這個經(jīng)驗，我認為也只能防感應雷，對能量巨大的直擊雷也是無能為力的。
不要認為電腦不開機就不會被雷擊壞，有相當大的一部分電腦在關機后依然被雷擊壞。這是因為電腦的電源線和入戶線、網(wǎng)線沒有從電腦上拔下來。我們知道，雷電的電壓很高，瞬間能量很大。一般，電壓高于4000伏，就會把一厘米左右的潮濕空氣擊穿導電，早期的空氣負離子發(fā)生器就是利用這個原理來電離空氣的。我們雖然關閉電源開關，但是電源開關內部的斷開點只有兩三毫米的距離，根本防不住幾萬幾十萬甚至億伏級別的高壓雷電，雷電會暢通無阻地擊進電腦，對毫無防范措施的網(wǎng)線線更是不在話下。所以，雷雨天氣，一定要拔下電腦的電源線，網(wǎng)線，入戶的線。這個對所有使用有電子元件的家用電器都適用。
就先談到這里，有其他問題的朋友我們可以繼續(xù)交流。
齊齊哈爾富裕溫州盾開電氣有限公司是生產(chǎn) 電涌保護器,信號隔離器的專業(yè)廠家。本廠年銷售額達1000萬以上，廠房面積達五千多平方米，員工人數(shù)86人以上。本廠生產(chǎn)的各種系列 電涌保護器,信號隔離器產(chǎn)品均按標準制作。已有悠久的生產(chǎn)歷史、工藝先進、技術力量雄厚、質量穩(wěn)定可靠。擁有完善的檢測設備和嚴格的出廠檢驗制度。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展， 電涌保護器,信號隔離器產(chǎn)品暢銷國內二十多個省、市、自治區(qū)，并贏得了國內外客戶的一致好評！
中國雷電災害的現(xiàn)狀
雷電災害是一種不可抗拒的自然性災害，危害著人類的人身和財產(chǎn)。安迅電源防雷器主要通過地區(qū)分析、行業(yè)分析、時間分析、人身雷電災害四個方面來講解中國雷電災害的現(xiàn)狀。1998-2001年全國直接經(jīng)濟損失超過100萬元的雷電災害每年都在10次以上.其損失每年都大于5000萬元。全國同期平均每年雷擊死亡379人.受傷310人。
一、雷電災害地區(qū)分析
全國重大雷電災害在空間上呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性分布特點.1998-2001年這四年間.全國56次重大雷電災害的46.4%(約一半)發(fā)生在5個省，其中山東7次、廣東6次、江西5次、河南4次、浙江4次，這5省重大雷電災害的直接經(jīng)濟損失為8337萬元，占全國的57.9%;其余的發(fā)生在貴州等17個地區(qū)，另外，新疆等9個省區(qū)沒有重大雷電災害的記錄。圖6.1給出了1998-2001年中國重大雷電災害空間分布(各省用省會城市來表示).全國重大雷電災害主要分布在東南地區(qū)和華北地區(qū).形成一南一北的兩個明顯的雷災中心區(qū)。雷災在南方集中在浙江——江西——廣東，呈帶狀分布。在北方集中在山東和河南，呈圓形分布。這兩個雷災中心區(qū)在地形上具有很好的代表性，北區(qū)以平原為主。南區(qū)以山地為主。在直接經(jīng)濟損失方面，北區(qū)的損失強度為235萬元/次，比北區(qū)更嚴重的南區(qū)為383萬元/次，其原因主要是南區(qū)發(fā)生了3次損失都在1000萬元以上的重大
雷電災害.其中1998年2月和6月江西兩次棉麻儲備庫遭雷擊引發(fā)火災分別造成1800萬元和1200萬元的損失，2001年5月廣東某廠房遇雷擊并引發(fā)爆炸造成1000萬元的損失并有人員傷亡。這3次雷電災害都與倉儲行業(yè)有關，和下面所做的雷災行業(yè)分析的結果是吻合的.從整體來看，全國重大雷電災害在東部比西部更嚴重，其原因主要是社會狀況尤其是經(jīng)濟水平存在差異，經(jīng)濟相對發(fā)達的東部地區(qū)發(fā)生重大雷電災害的可能性較大。西南地區(qū)的雷電災害也比較嚴重，成為僅次于兩大雷災中心區(qū)的第三雷災區(qū)。整個廣大的西北地區(qū)是全國雷電災害輕的地區(qū)。
圖6.1 1998-2001年中國重大雷電災害空間分布圖(單位:次)
二、雷電災害行業(yè)分析
1998-2001年全國重大雷電災害56次分布在采礦、倉儲、電力、紡織、旅游、農業(yè)、石化、通、冶金、醫(yī)藥等10個行業(yè).其中雷災嚴重的三大行業(yè)是通、電力和倉儲，雷災次數(shù)(指重大雷電災害次數(shù)，下同)分別為15次、14次和9次，占全部的67. 9%。這三大行業(yè)的直接經(jīng)濟損失為10757.8萬元，占全部的74.7%。圖6.2給出了1998-2001年中國重大雷電災害行業(yè)分布，實線代表雷災直接經(jīng)濟扭失，虛線代表雷災次數(shù)，行業(yè)損失和雷災次數(shù)的相關系數(shù)為0.6965，存在一定的相關性。通和倉儲行業(yè)具有代表性，通行業(yè)的重大雷電災害發(fā)生頻繁，而倉儲行業(yè)的經(jīng)濟損失嚴重。通行業(yè)自身的特點以及伴隨電子化的發(fā)展是導致雷電災害日益頻繁的根本原因，特別是雷電電磁脈沖(LEMP)的危害變得越來越嚴重，這也是雷電災害的發(fā)展趨勢之一。通行業(yè)的雷電災害往往有一個明顯的特點，就是其經(jīng)濟損失不僅存在嚴重的直接經(jīng)濟損失，而且伴有更嚴重的間接經(jīng)濟損失如服務中斷和數(shù)據(jù)丟失等。而倉儲行業(yè)的重大雷電災害的發(fā)生有兩個顯著的特點:一是雷災損失強度很大，即單次雷電災害造成的經(jīng)濟損失很高，全國9次重大雷電災害的直接經(jīng)濟損失高達5470萬元，平均607. 8萬元/次;二是雷災的后續(xù)危害很嚴重，容易發(fā)生雷擊火災和雷擊爆炸等，尤其是當雷電襲擊存放棉麻、火藥、糧食等易燃易爆物品的倉庫或廠房時.對重大雷電災害單次直接經(jīng)濟損失按行業(yè)進行比較，高的是倉儲行業(yè).其次為農業(yè)、采礦和石化行業(yè)，居中的是電力、醫(yī)藥和冶金行業(yè)，而通、紡織和旅游行業(yè)低。
圖6.2 1998 -2001年中國重大雷電災害行業(yè)分布圖
(實線代表雷災直接經(jīng)濟損失，單位:萬元.坐標左軸;虛線代表雷災
次數(shù),單位:次,坐標右抽)三、雷電災害時間分析
全國1998-2001年56次重大雷電災害分布在各年分別為21次、17次、8次和10次，其中52次發(fā)生在4-8月的時間段內，占全部的92.9%. 4-8月的重大雷電災害在很大程度上可以代表全年的同類災害，這一點在下面的雷電災害預測中將會得到應用。全部56次雷災按月統(tǒng)計。8月多為18次，其次7月為14次，1、3、11、12月為0次。圖6.3給出了1-12月的重大雷電災害次數(shù)的季節(jié)指數(shù)，顯著表明雷災集中發(fā)生在4-8月，尤其是7月和8月。雷電災害次數(shù)和直接經(jīng)濟損失之間的相關系數(shù)r為0.9284，具有良好
的相關性，因此，下面的雷電災害分析與預測將以雷災次數(shù)為主，其直接經(jīng)濟損失可以用雷災次數(shù)乘以單次雷災損失而得到.按月的距平百分率分析結果表明，重大雷電災害每月平均發(fā)生1.167次。1998年的7月與8月和1999年的7月與8月是主要的正偏移月份，而每年的1,2,3月和9,10,11,12月幾乎沒有重大雷電災害的發(fā)生，為主要的負偏移月份。雷災的發(fā)生呈現(xiàn)周期性，集中在每年的4-8月，并且有逐漸遞減的趨勢，重大雷電災害次數(shù)1998-2001年的48個月中平均每月遞減0.027次.但由于年度數(shù)據(jù)太少，并不能得出確切的雷災年際周期及年際趨勢。
圖6.3重大雷電災害次數(shù)的季節(jié)指數(shù)
四、人身雷電災害
雷電災害的危害不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟損失方面，也多造成人身傷亡。1998-2001年雷擊死亡人數(shù)每年分別為421,227,451和417人，四年共死亡1516人，平均每年379人；同期雷擊受傷分別為192,194,372和483人，四年共受傷1241人.平均每年310人.其中嚴重的1998年8月發(fā)生在湖北的庫雷災，一次性造成197人死傷。造成人身傷亡的雷擊多發(fā)生在海邊、河邊、樹下、農村田間和山坡等易受雷擊的地方。全國雷電典型災害造成人身傷亡多的是廣東省，其次為廣西、貴州、福建、云南等4省區(qū)，這5個省區(qū)每年的雷擊人身傷亡人數(shù)占全國的60%左右，其中廣東約占全國的1/4。這類災害主要發(fā)生在廣大的農村，具有很大的不確定性.很難得到根本的防治.有效的防治方法就是加強雷電災害的宜傳和教育，提高人們的防雷意識，讓人們主動避開易受雷擊的時候和遠離易受雷擊的地方。
對于雷電災害，開展災害預測是必要的，可以對未來雷電災害的風險評估提供重要的指導.鐘萬強等人對中國的雷電災害做過初步的預測，雷電災害的預測主要根據(jù)雷災與時間的關系，分別采用時間序列平滑法和季節(jié)變動預測法，預測結果表明，在2002-2005年期間全國將分別發(fā)生重大雷電災害14,12,11,11次，四年合計47次，平均每年12次，每年將造成直接經(jīng)濟損失約3000萬元，平均每年人身傷亡580人左右。
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