在500kV及以上變電所的防雷設計中，廣泛使用構架避雷針作為防止直擊雷的手段。因為構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載荷的影響，所以構架避雷針存在倒桿的可能性。在某750kV變電站，發生了750kV側獨立構架避雷針斷裂和330kV側構架避雷針斷裂的事故。

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

如何在設備帶電運行情況下測量構架避雷針的傾斜，對預防構架避雷針倒桿事故，具有重要意義。

1 構架避雷針偏移值測量原理

如圖1所示，B點表示底座，A點表示針尖，C點表示構架避雷針垂直地面時針尖位置。AC即為構架避雷針針尖偏移量。現實中無法直接測量出AC數值，故考慮找出A點及C點在地面處的垂直投影點A′及C′，則A′C′=AC ,即可確定構架避雷針的偏移值AC。

設置#1站點和#2站點。在#1站點，將1—B點的連線在地面上投影，得投影線1’；將1—A點的連線在地面上投影，得投影線站點1’’。在#2站點將2—B點的連線在地面上投影，得地面線站點2’；將2—A點的連線在地面上投影，得地面線站點2’’。

圖1 空間變換方法測量

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

2 在實驗室驗證方法的正確性

將構架和避雷針均縮小數十倍后，在無電的情況下，便可在實驗室進行測量。將測量結果與本文方法測量結果相對比，即可得出本文方法的正確性，并可進行誤差分析。在實驗室使用三腳架模擬構架，標準桿模擬避雷針，如圖2所示。使用兩種方法分別進行測量對比。

圖2 模擬構架避雷針

2.1 實驗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 實驗室方法立體幾何學證明

圖3 實驗室方法證明

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（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

又∵A’B‘⊥BB‘，A’B‘⊥BB‘，∴A‘B‘是AB在水平面上的投影

2.3 本文方法與實驗室方法對比

在實驗室中，使用本文方法和實驗室方法分別測量模擬避雷針在不同偏移量下的數值。如表1所示。

表1 實驗室方法與本文方法數據對比

本文方法的誤差控制在千分之一以內。所以本文方法是正確的。

3 工程實例

根據電力行業標準《220—500kV變電所設計技術規程》DL/T5218-2005中，第八章表8.1.4中規定，獨立避雷針擾度限值不宜超過總高度的1/100。

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

4 結論

本文通過空間幾何變換，將構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。在實驗室驗證了方法的正確性，在現場驗證了方法的可行性。掌握構架避雷針傾斜程度，對防止構架避雷針倒桿造成重大電網事故，具有積極意義。

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