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構(gòu)架避雷針是高電壓等級(jí)變電站防止直擊雷的重要設(shè)施，然而它的傾覆將給變電站的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的次生災(zāi)難。需找到測(cè)量構(gòu)架避雷針傾斜的方法，對(duì)樞紐變電站安全運(yùn)行至關(guān)重要。山西防雷檢測(cè)：本文通過空間幾何變換，將針尖與底座變換成地面上等效的兩點(diǎn)，這樣就可以帶電測(cè)量避雷針偏移量。在實(shí)驗(yàn)室，將本文方法與實(shí)驗(yàn)室方法對(duì)比，驗(yàn)證了方法的正確性；在變電站，通過實(shí)測(cè)500kV潁州變構(gòu)架避雷針，驗(yàn)證了方法的可行性。

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。山西防雷工程：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。

太原防雷驗(yàn)收：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(duì)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(cè)量構(gòu)架避雷針的傾斜，對(duì)預(yù)防構(gòu)架避雷針倒桿事故，具有重要意義。

1 山西避雷塔：構(gòu)架避雷針偏移值測(cè)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。現(xiàn)實(shí)中無法直接測(cè)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(cè)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(cè)量A′C′距離即為針尖與底座水平距離AC。

2 太原防雷檢測(cè)：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(cè)量。將測(cè)量結(jié)果與本文方法測(cè)量結(jié)果相對(duì)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(cè)量對(duì)比。

圖2 模擬構(gòu)架避雷針

2.1 太原防雷公司：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(cè)量偏移量。

2.2 大同防雷檢測(cè)：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 運(yùn)城防雷檢測(cè)：本文方法與實(shí)驗(yàn)室方法對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)500kV潁州變電站#1構(gòu)架避雷針進(jìn)行實(shí)地測(cè)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(shí)構(gòu)架避雷針的傾斜程度，使用本文方法測(cè)得潁州變?cè)摌?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(jiǎn)成測(cè)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(cè)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(chǎng)驗(yàn)證了方法的可行性。掌握構(gòu)架避雷針傾斜程度，對(duì)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。