在500kV及以上變電所的防雷設(shè)計(jì)中，廣泛使用構(gòu)架避雷針作為防止直擊雷的手段。因?yàn)闃?gòu)架避雷針在制作過程中存在砂眼或裂紋，在安裝過程中存在小幅度傾斜，在使用過程中受到交變風(fēng)載荷的影響，所以構(gòu)架避雷針存在倒桿的可能性。在某750kV變電站，發(fā)生了750kV側(cè)獨(dú)立構(gòu)架避雷針斷裂和330kV側(cè)構(gòu)架避雷針斷裂的事故。

避雷針巡視檢查項(xiàng)目包括避雷針及引下線有無銹蝕、焊點(diǎn)和螺栓是否牢固、是否歪斜、裂紋三個(gè)項(xiàng)目。但是對于超高壓變電站中的構(gòu)架避雷針，由于構(gòu)架避雷針底部被遮擋，同時(shí)尺寸過大，空中沒有參照物，巡視質(zhì)量難以保證。

如何在設(shè)備帶電運(yùn)行情況下測量構(gòu)架避雷針的傾斜，對預(yù)防構(gòu)架避雷針倒桿事故，具有重要意義。

1 構(gòu)架避雷針偏移值測量原理

如圖1所示，B點(diǎn)表示底座，A點(diǎn)表示針尖，C點(diǎn)表示構(gòu)架避雷針垂直地面時(shí)針尖位置。AC即為構(gòu)架避雷針針尖偏移量?，F(xiàn)實(shí)中無法直接測量出AC數(shù)值，故考慮找出A點(diǎn)及C點(diǎn)在地面處的垂直投影點(diǎn)A′及C′，則A′C′=AC ,即可確定構(gòu)架避雷針的偏移值A(chǔ)C。

設(shè)置#1站點(diǎn)和#2站點(diǎn)。在#1站點(diǎn)，將1—B點(diǎn)的連線在地面上投影，得投影線1’；將1—A點(diǎn)的連線在地面上投影，得投影線站點(diǎn)1’’。在#2站點(diǎn)將2—B點(diǎn)的連線在地面上投影，得地面線站點(diǎn)2’；將2—A點(diǎn)的連線在地面上投影，得地面線站點(diǎn)2’’。

圖1 空間變換方法測量

地面上線1’與2’的焦點(diǎn)即為底座B點(diǎn)在地面投影C’，地面上線1’’與2’’的焦點(diǎn)即為針尖A點(diǎn)在地面投影A’，測量A′C′距離即為針尖與底座水平距離AC。

2 在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證方法的正確性

將構(gòu)架和避雷針均縮小數(shù)十倍后，在無電的情況下，便可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測量。將測量結(jié)果與本文方法測量結(jié)果相對比，即可得出本文方法的正確性，并可進(jìn)行誤差分析。在實(shí)驗(yàn)室使用三腳架模擬構(gòu)架，標(biāo)準(zhǔn)桿模擬避雷針，如圖2所示。使用兩種方法分別進(jìn)行測量對比。

圖2 模擬構(gòu)架避雷針

2.1 實(shí)驗(yàn)室中使用的方法介紹

首先將模擬避雷針根部中心投影至地面，并畫與紙上。然后將模擬避雷針頂部中心系鉛垂至地面，并畫與紙上。最后在紙上測量偏移量。

2.2 實(shí)驗(yàn)室方法立體幾何學(xué)證明

圖3 實(shí)驗(yàn)室方法證明

已知：避雷針AB，鉛垂線AA‘，鉛垂線BB‘。

求證：A‘B‘是AB在水平面上的投影。

證明：∵ 鉛垂線AA‘，BB‘垂直于地面，

∴鉛垂線 AA‘，BB‘平行。

AA‘BB‘在同一平面內(nèi)（共面定理）

∵ A在線AA‘上，B在線BB‘上

∴避雷針AB在平面AA‘BB‘上

∵ A‘在線AA‘上，B‘在線BB‘上

∴線AB在平面AA‘BB‘上。

即避雷針AB，線A’B‘在同一平面內(nèi)

又∵A’B‘⊥BB‘，A’B‘⊥BB‘，∴A‘B‘是AB在水平面上的投影

2.3 本文方法與實(shí)驗(yàn)室方法對比

在實(shí)驗(yàn)室中，使用本文方法和實(shí)驗(yàn)室方法分別測量模擬避雷針在不同偏移量下的數(shù)值。如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室方法與本文方法數(shù)據(jù)對比

本文方法的誤差控制在千分之一以內(nèi)。所以本文方法是正確的。

3 工程實(shí)例

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《220—500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5218-2005中，第八章表8.1.4中規(guī)定，獨(dú)立避雷針擾度限值不宜超過總高度的1/100。

結(jié)合本文方法，使用全站儀、繩子、竹簽對500kV潁州變電站#1構(gòu)架避雷針進(jìn)行實(shí)地測量【2】。潁州變220kV避雷針高度11米，構(gòu)架高度14.5米，如圖1所示。運(yùn)行人員眼睛難以辨識構(gòu)架避雷針的傾斜程度，使用本文方法測得潁州變該構(gòu)架避雷針的偏移值A(chǔ)′C′=AC=8cm，小于規(guī)定值11cm,在規(guī)定的擾度范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

本文通過空間幾何變換，將構(gòu)架避雷針傾斜問題化簡成測量針尖和底座的水平偏移量問題。使用全站儀，將針尖和底座投影到地面，直接使用直尺即可測量出偏移量。在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了方法的正確性，在現(xiàn)場驗(yàn)證了方法的可行性。掌握構(gòu)架避雷針傾斜程度，對防止構(gòu)架避雷針倒桿造成重大電網(wǎng)事故，具有積極意義。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“變電站構(gòu)架避雷針測量方法研究”，作者為陳韜。）