輸電線路防雷技術研究

曾林

摘 要：輸電線路是整個電力系統的大動脈，是輸送電能的主要通道。然而輸電線因其暴露在幾十米的高空，雷擊是其面臨的一大重要問題，它將會對整個電力系統的穩定性和送電可靠性造成巨大影響。雷擊跳閘率和耐雷水平是衡量我國輸電線防雷技術的重要指標。文章對防雷的意義作出分析，介紹了防雷水平的計算方法，對目前的輸電線路防雷技術進行了研究，最后提出了安裝線路型避雷器、架設避雷線、采用不對稱絕緣、降低接地電阻等有效地提高輸電線防雷水平的措施。

關鍵詞：輸電線路；防雷水平；雷擊跳閘率；耐雷水平

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）20-0132-02

1 輸電線路防雷的意義

電力系統輸電線一般是裸露的架設在離地20～60 m的空中，鋪設距離長，跨度廣。它聯通我國各個省市的發電廠和用電負荷中心，是輸送電力的主要通道，也是國民的經濟命脈。但是其突出于地面其他物體且具有良好的導電性能，很容易遭受雷電的入侵。一方面造成輸電線絕緣子閃絡或爆炸，對輸電線絕緣水平造成永久性損傷，形成單相或多相接地短路故障，引起繼電保護和斷路器的觸動。另一方面雷電波可能沿輸電線入侵變電站或發電廠，將會對變壓器發電機等大型設備造成難以修復的損傷，引起大面積的斷電。無論哪種情況都會對人民的生活和企業的生產造成巨大的影響和損失。因此，輸電線路的防雷具有遠大重要的意義。

2 我國防雷技術現狀

我國輸電線路的防雷技術水平總體上處于世界較為先進的水平，防雷技術水平主要的衡量指標是：雷擊跳閘率和耐雷水平。雷擊跳閘率是指全年折算成40個雷電日的情況下100 km輸電線路上由于雷擊造成的跳閘次數。耐雷水平是指：在雷擊線路時，其絕緣尚不至于發生閃絡的最大電流幅值或能引起絕緣閃絡的最小雷電流幅值，單位為kA。雷擊跳閘率包括雷擊桿塔時的跳閘率和雷繞擊導線時的跳閘率，他們是衡量線路防雷性能的綜合性指標。其計算公式如下：

雷擊桿塔時的跳閘率

n1=Ng×δ×η×P1（次/l00 km·40雷電日）

雷繞擊導線時的跳閘率

n2=Ng×Pa×η×P2（次/100 km·40雷電日）

其中：Ng表示在40個雷電日下每百公里線路上雷擊桿塔的次數；P1為雷電電流的幅值大于雷擊塔頂的耐雷水平 I1的概率；P2為雷擊導線時雷電流超過耐雷水平I2的概率；η為建弧率；δ為擊塔率；Pa為線路繞擊率。

根據以上內容可知，輸電線路總的雷擊跳閘率應為雷擊桿塔時的跳閘率與雷繞擊導線時的跳閘率之和（n=n1+n2）。

在我國，目前35 kV及以上電壓等級的輸電線路上基本都實現了架設避雷線，110 kV及以上電壓等級沿線路全線架設，330 kV及以上電壓等級的輸電線路更是全線架設雙避雷線。避雷線的保護角度一般取在20～30？觷，在變電所和發電廠的進線段處以及500 kV及以上電壓等級的超高壓、特高壓線路避雷線的保護角在15？觷及以下。對指定的絕緣子片在不同電壓等級的輸電線路使用片數也做出了明確的規定：以X-4.5型絕緣子為基準，35 kV電壓等級輸電線路使用3片，110 kV電壓等級輸電線路使用7片，220 kV電壓等級輸電線路使用13片，500 kV電壓等級輸電線路使用28片。

3 提高防雷水平的措施

雷電過電壓主要分為感應雷過電壓和直擊雷過電壓。感應雷過電壓是指累計線路附近大地，由電磁感應在導線上產生的過電壓，一般只對35 kV以下線路有威脅。直擊雷過電壓包括雷直擊桿塔或避雷線造成的反擊和雷直擊導線造成的繞擊。為了有效地減少雷電過電壓對電力系統造成巨大的損失，有必要采取一些有用的措施來提高輸電線路的防雷技術水平。本文在考慮系統運行方式、線路電壓等級以及重要程度等因素后，提出以下幾種基本的防雷措施和補充措施。

3.1 合理選擇路徑

根據實地考察整個輸電線路所通過的路線區域內的雷電活動強度、地質地形地貌特點、土壤電阻率等自然條件，在前期規劃時就避開山區風口和順風河谷等雷暴走廊、土壤電阻率有突變的地帶以及地下有導電性礦產的地面等易遭受雷擊的地段。如果實在不能避免，則要對該易遭受雷擊的區段加強絕緣保護和防雷保護。

3.2 架設避雷線

避雷線是用來防止雷直擊導線的基本措施之一，同時避雷線可以分流減小桿塔頂端的電位、對導線屏蔽降低導線感應過電壓，并且能與導線耦合降低絕緣子兩端的電位差。避雷線的保護角一般取在20～30？觷，500 kV及以上線路保護角小于15？觷，目的是為了降低繞擊率，對于某些特殊線路或線路段，保護角甚至有可能取為負角度。

超高壓線路常將避雷線通過一個小間隙接地，通過這種方式來降低正常運行時避雷線中感應電流的附加損耗并利用避雷線兼作高頻通道。這樣正常運行時避雷線對地絕緣，雷擊時與地相連，起來避雷線應有的作用。

3.3 降低桿塔接地電阻

規程規定土壤電阻率在100～300 Ωm的地區，除自然接地外，還應設人工接地裝置。在土壤電阻率在300～2 000 Ωm的地區，一般采用水平敷設的接地裝置。在土壤電阻率大于2 000 Ωm的地區，采用放射形接地體或連續伸長接地體。在高土壤電阻率地區，如在鐵塔基礎附近有土壤電阻率較低的地帶，可部分采用引外接地與放射形接地裝置相結合的方式。此外，還可以采用接地電阻降阻劑、爆破接地技術、多支外引式接地裝置以及伸長水平接地體等方式來降低桿塔接地電阻，其中使用降阻劑是相對常用而且有效的方法。在降低高土壤電阻率地區接地電阻時，應根據當地原有運行經驗、氣候狀況、地形地貌特點和土壤電阻率的高低等情況，綜合分析，采用合適的方法來降低桿塔接地電阻。

3.4 架設耦合地線

當遇到采用降低桿塔接地電阻十分困難的情況時，一般可以在導線下方架設耦合地線從而來提高防雷水平。，用以增加避雷線與導線之間的耦合作用，降低絕緣子串上的過電壓，從而達到降低線路斷路器雷擊跳閘率的目的。同時，耦合地線也可以增加對雷電流的分流作用，進一步降低桿塔頂端的電位。運行經驗證明，這的這一效果非常顯著。

3.5 采用不對稱絕緣

現代輸電線線路中為了減少輸電線占用的土地資源，越來越多的使用了同塔雙回輸電線的架設方式。對于此類輸電線，可以使用不對稱絕緣的方式來提高雷擊情況下的供電可靠性。不對稱絕緣是指同電壓等級的兩回輸電線路的絕緣子串數不相同，在雷擊情況下絕緣子串片數少的一回輸電線路先閃絡。閃絡后，該回導線接地，相當于地線并與另一回未閃絡的輸電線耦合，進而提高其耐雷水平，保證供電的可靠性。兩回輸電線絕緣子串片數的差異應根據各方面技術經濟比較來決定，一般提倡兩回輸電線路的絕緣水平差異為1.73倍的相電壓峰值。

3.6 安裝線路型避雷器

避雷線并不能使繞擊率降為零，并且在特別大的雷電過電壓情況下，反擊發生的概率也非常大，在線路上安裝管型避雷器能很好地免除線路絕緣沖擊閃絡，并能使建弧率減為零，從根本上降低雷擊跳閘率。當雷擊避雷線或導線時，沿線的避雷器動作，將雷電流通過導線傳播到相鄰的鐵塔上，在雷電流通過避雷線和導線時，由于耦合作用提高了導線電位，減小了導線和塔頂之間的電位差。

3.7 采用自動重合閘裝置

一般的雷電沖擊閃絡不會產生永久性的絕緣損傷，空氣具有自恢復的功能，在閃絡發生后很快就會自動恢復為絕緣介質，因此，使用自動重合閘對供電可靠性和及時恢復供電有極大大的幫助。在我國，110 kV及以上的高壓線路重合閘成功率達一般在75%～95%之間，35 kV及以下的線路成功率一般在50%～80%之間。由于雷擊閃絡一般為單相閃絡，故一般采用單相的自動重合閘裝置即可。

4 結 語

輸電線路是整個電力系統的大動脈，是輸送電能的唯一通道。保證輸電線路不因雷擊造成短路接地以及跳閘等故障影響電力系統的供電可靠性和穩定性是輸電線路防雷技術研究的重要課題。充分利用現有的各種運行數據和積累的氣候資料，經常總結現有的防雷保護工作經驗，結合現有的幾種防雷措施，尋找更加有效、經濟實惠的新措施是輸電線路防雷技術的發展方向。

參考文獻：

[1] 陳金貴.輸電線路防雷措施的技術探討[J].經營管理者，2010，（17）.

[2] 趙長青.輸電線路雷擊分析和防雷措施探討[J].供電企業管理，2013，（3）.

[3] 孟遂民，郭文杰. 電力系統輸電線路防雷保護技術分析[J].黑龍江科技信息，2013，（24）.

[4] 丁頌聲.淺談高壓輸電線路的防雷[J].科技資訊，2007（10）.

[5] 鐘炯聰.高壓輸電線路綜合防雷措施的分析與探討[D].廣州：華南理工大學，2010.

[6] 蘇北海.高壓架空輸電線路防雷技術探討[J].湖南水利水電，2010，（2）.

[7] 宮杰.輸電線路防雷研究與設計[D].北京：華北電力大學，2008.