可控放電避雷針在東莞500kV高壓輸電線路上的應用

近年來雷擊引起輸電線路跳閘故障日益增多，東莞地區屬于多雷區，常發生雷擊線路跳閘故障，為減少輸電線路雷擊故障，采取了各種綜合防雷措施，如降低桿塔接地電阻、提高線路絕緣水平等，取得了一定效果，但對繞擊雷造成的線路故障仍無好的對策，經參考調查各地運行經驗，擬在運行中的500kV惠東甲線安裝可控放電避雷針以減少線路繞擊跳閘故障的發生。

可控放電避雷針是武漢高壓研究所經大量的高壓試驗及長期防雷研究而取得的研究成果。該種避雷針通過釋放雷云電荷來避免較大電流的下行雷放電，采用較小電流的上行雷閃放電，從而大大提高了保護可靠性，且保護范圍較傳統避雷針廣，更不受保護物高度影響。經數千次高壓放電實驗證實，其引發的電流型式確為上行雷，且通過國內多位專家認可，是一種設計合理，應用前景廣泛的雷擊防護裝置。

1 可控放電避雷針的結構及原理

一套可控放電避雷針由接地引線、針頭、接地裝置組成，其針頭包含動態環、儲能裝置及主針。

上行雷閃和下行雷閃是雷云對地面及地面建筑等物體放電的兩種型式，其中上行雷閃的放電電流產生是一個持續向上發展的過程，極少出現由上向下的主電流放電，即使出現主電流放電，也因雷云提供的電荷供給量不足而使放電電流較小；而下行雷閃的放電電流是從上向下發展，且其主要放電發生過程靠近地面，電荷供給充足，故其電流較大且放電迅速。

可控放電避雷針正是根據上行雷閃與下行雷閃不同的特性，利用上行雷閃電流小、陡度低、不繞擊的特點，兼顧考慮上行先導對地面物體上感應過電壓的抑制作用，通過合理的設計，使避雷針能夠成功的激發上行雷閃，用以中和雷云電荷，達到雷擊防護的目的。

上行雷閃被引發前，避雷針主針針尖周圍空間的電荷數量，需要限制在較少的范圍內，才能使主針成功的向上發展放電脈沖。可控放電避雷針附近電場強度不高時，避雷針針體上的動態環促使動態環和避雷針主針針尖上的電位隨周圍大氣電位高低上下浮動，故電位差比較小，可控放電避雷針的儲能裝置于此時儲存雷云電場的能量。因為此時地面電場強度不高，達不到雷云對地面物體放電所需強度，故避雷針的針頭極少發生電暈放電。當雷云電場強度增大，上升至即將對可控避雷針和避雷針保護范圍內的地面物體放電，并產生雷閃時，儲能裝置將上行雷閃引發前儲存的能量釋放出來，使避雷針主針上的電場強度突破動態環的限制，針尖上的電場強度極速上升，短時間內達到能量釋放前百倍以上，致使主針針尖周圍空氣瞬間放電，形成極大的放電脈沖，突破空間電荷的阻礙，迅速往上發展，最終形成上行雷閃，直至雷云電荷中心，并阻止雷云底部雷閃向下發展。

上行雷閃形成過程中，如第一次放電脈沖無法形成上行雷閃，隨著放電脈沖形成的空間電荷的消散，儲能裝置再次進入儲能狀態，為第二次放電脈沖的產生做準備。上述過程循環進行，總能成功的激發上行雷閃。

2 可控放電避雷針的保護特性

可控放電避雷針保護區域較普通避雷針大，且在這個保護區域內，被保護物體幾乎不會遭到繞擊，例如可控放電避雷針保護角為55度時，其保護范圍內繞擊概率小于0.001％；如按目前規程規定，被保護對象遭受繞擊的概率為0.1％時，可控放電避雷針的保護角為66度度，遠高于普通避雷針。而且可控放電避雷針更加適用于高壓輸電線路的防雷，因為其放電電流小，陡度低，按現有的設計要求，35kV以上輸電線路的耐雷水平完全可以承受該放電電流，不會跳閘且產生的感應過電壓也很小，另外可控放電避雷針擁有更大的保護范圍、更強的引雷能力，因此可以更好的降低輸電線路的繞擊率。

3 安裝線路基本情況

安裝線路為東莞500kV惠東甲線，電壓等級為500kV，投運時間為2000年，基本為單回路線路，500kV線路全長50.614千米，現有鐵塔116基，其中直線塔103基，耐張轉角塔13基。線路導線為4×LGJQ－300，導線安全系數K＝2.5，導線年平均運行張力為導線拉斷力的25％；地線型號為LGJ－95／55，地線的安全系數K＝3.26，地線的年平均運行張力為地線拉斷力的25％。線路所經地區為山區，桿塔多立在山頂及山坡處，且線路所在地區雷暴日為77.2天，屬于多雷地區，線路易遭雷擊。

4 可控放電避雷針的安裝

于線路中易遭雷擊的桿塔上每基桿塔安裝兩套可控放電避雷針，每套避雷針加工避雷針升高支架一套，避雷針安裝在升高支架上，升高支架通過連接角鋼與鐵塔連接。避雷針耐張塔安裝在地線橫擔頂部，兩側各一套，直線塔安裝在鐵塔地線羊角上。避雷針連接角鋼采用螺栓夾緊固定在鐵塔地線橫擔主材上，連接角鋼上預留安裝孔用于安裝避雷針升高支架。

5 避雷針安裝前后桿塔雷擊跳閘率對比

可控放電避雷針能有效的降低被保護物的繞擊率，根據資料，當被保護對象遭受繞擊概率允許達到0.1％時，可控放電避雷針的保護角達到66.4度，繞擊概率不大于0.001％時的保護角為55度，故本工程桿塔安裝避雷針后，在避雷針66.4度保護角范圍內導線繞擊概率為0.1％，在避雷針55度范圍內繞擊率為0.001％，相對未安裝前0.2％左右的繞擊率大幅度降低。

因桿塔雷擊跳閘率與繞擊率有關，通過降低繞擊率即可降低桿塔雷擊跳閘率，經對避雷針安裝前后桿塔雷擊跳閘率進行理論計算后，對比計算數據，鐵塔安裝可控放電避雷針后，因耐張塔及呼稱高較低的直線塔未安裝避雷針前雷擊跳閘率已經較小，故安裝效果不明顯，如惠東甲線N8塔，塔型JT31－27，安裝前桿塔雷擊跳閘率為0.161，安裝避雷針后雷擊跳閘率降為0.111；對山區呼稱高較高的直線塔，安裝避雷針后，能有效的降低桿塔雷擊跳閘率，如東惠甲線N14塔塔型ZB475－69，安裝前桿塔雷擊跳閘率為5.065，安裝避雷針后雷擊跳閘率降至0.220，效果顯著。

由上可見，安裝可控放電避雷針不僅可大幅度減少繞擊的發生，還能降低反擊的出現概率，大幅降低了線路雷擊跳閘率，是一種降低山區輸電線路雷害的好方法。