构架避雷针是高电压等级变电站防止直击雷的重要设施，然而它的倾覆将给变电站的安全运行带来严重的次生灾难。需找到测量构架避雷针倾斜的方法，对枢纽变电站安全运行至关重要。山西防雷检测：本文通过空间几何变换，将针尖与底座变换成地面上等效的两点，这样就可以带电测量避雷针偏移量。在实验室，将本文方法与实验室方法对比，验证了方法的正确性；在变电站，通过实测500kV颍州变构架避雷针，验证了方法的可行性。

在500kV及以上变电所的防雷设计中，广泛使用构架避雷针作为防止直击雷的手段。山西防雷工程：因为构架避雷针在制作过程中存在砂眼或裂纹，在安装过程中存在小幅度倾斜，在使用过程中受到交变风载荷的影响，所以构架避雷针存在倒杆的可能性。在某750kV变电站，发生了750kV侧独立构架避雷针断裂和330kV侧构架避雷针断裂的事故。

太原防雷验收：避雷针巡视检查项目包括避雷针及引下线有无锈蚀、焊点和螺栓是否牢固、是否歪斜、裂纹三个项目。但是对于超高压变电站中的构架避雷针，由于构架避雷针底部被遮挡，同时尺寸过大，空中没有参照物，巡视质量难以保证。

如何在设备带电运行情况下测量构架避雷针的倾斜，对预防构架避雷针倒杆事故，具有重要意义。

1 山西避雷塔：构架避雷针偏移值测量原理

如图1所示，B点表示底座，A点表示针尖，C点表示构架避雷针垂直地面时针尖位置。AC即为构架避雷针针尖偏移量。现实中无法直接测量出AC数值，故考虑找出A点及C点在地面处的垂直投影点A′及C′，则A′C′=AC ,即可确定构架避雷针的偏移值AC。

设置#1站点和#2站点。在#1站点，将1—B点的连线在地面上投影，得投影线1’；将1—A点的连线在地面上投影，得投影线站点1’’。在#2站点将2—B点的连线在地面上投影，得地面线站点2’；将2—A点的连线在地面上投影，得地面线站点2’’。

图1 空间变换方法测量

地面上线1’与2’的焦点即为底座B点在地面投影C’，地面上线1’’与2’’的焦点即为针尖A点在地面投影A’，测量A′C′距离即为针尖与底座水平距离AC。

2 太原防雷检测：在实验室验证方法的正确性

将构架和避雷针均缩小数十倍后，在无电的情况下，便可在实验室进行测量。将测量结果与本文方法测量结果相对比，即可得出本文方法的正确性，并可进行误差分析。在实验室使用三脚架模拟构架，标准杆模拟避雷针，如图2所示。使用两种方法分别进行测量对比。

图2 模拟构架避雷针

2.1 太原防雷公司：实验室中使用的方法介绍

首先将模拟避雷针根部中心投影至地面，并画与纸上。然后将模拟避雷针顶部中心系铅垂至地面，并画与纸上。最后在纸上测量偏移量。

2.2 大同防雷检测：实验室方法立体几何学证明

图3 实验室方法证明

已知：避雷针AB，铅垂线AA‘，铅垂线BB‘。

求证：A‘B‘是AB在水平面上的投影。

证明：∵ 铅垂线AA‘，BB‘垂直于地面，

∴铅垂线 AA‘，BB‘平行。

AA‘BB‘在同一平面内（共面定理）

∵ A在线AA‘上，B在线BB‘上

∴避雷针AB在平面AA‘BB‘上

∵ A‘在线AA‘上，B‘在线BB‘上

∴线AB在平面AA‘BB‘上。

即避雷针AB，线A’B‘在同一平面内

又∵A’B‘⊥BB‘，A’B‘⊥BB‘，∴A‘B‘是AB在水平面上的投影

2.3 运城防雷检测：本文方法与实验室方法对比

在实验室中，使用本文方法和实验室方法分别测量模拟避雷针在不同偏移量下的数值。如表1所示。

表1 实验室方法与本文方法数据对比

本文方法的误差控制在千分之一以内。所以本文方法是正确的。

3 工程实例

根据电力行业标准《220—500kV变电所设计技术规程》DL/T5218-2005中，第八章表8.1.4中规定，独立避雷针扰度限值不宜超过总高度的1/100。

结合本文方法，使用全站仪、绳子、竹签对500kV颍州变电站#1构架避雷针进行实地测量【2】。颍州变220kV避雷针高度11米，构架高度14.5米，如图1所示。运行人员眼睛难以辨识构架避雷针的倾斜程度，使用本文方法测得颍州变该构架避雷针的偏移值A′C′=AC=8cm，小于规定值11cm,在规定的扰度范围之内。

4 结论

本文通过空间几何变换，将构架避雷针倾斜问题化简成测量针尖和底座的水平偏移量问题。使用全站仪，将针尖和底座投影到地面，直接使用直尺即可测量出偏移量。在实验室验证了方法的正确性，在现场验证了方法的可行性。掌握构架避雷针倾斜程度，对防止构架避雷针倒杆造成重大电网事故，具有积极意义。