輸電線路防雷分析與對策

朱亦勤

摘 要：文章首先對輸電線路防雷保護技術國內外研究現狀進行了綜述，然后分析了某個地區的防雷措施，然后論述了該地區防雷措施的選擇。

關鍵詞：輸電線路；防雷；措施

1 國內外研究現狀

從時間上看，輸電線路防雷保護技術有四個集中發展時期。1930年以前，由于線路電壓等級低，主要以防感應雷為主，在導線下方掛2條避雷線，作為耦合地線使用；1930年至1950年，美國大量220kv架空線路建成投運并積累了一定的運行經驗和故障統計，發現由于電壓等級提升以及絕緣技術水平的提高，直擊雷故障成為主因，防雷措施研究逐漸轉移到以防直擊雷為主；1950年至1962年，有研究學者提出利用行波理論分析計算絕緣子串端電壓的方法，期間，美國OVEC-345kv線路的高雷擊閃絡率，引發對以往防雷保護計算方法和雷電流參數重新評估，大幅推進了架空輸電線路防雷計算、現場勘測、模擬實驗等理論實踐研究應用；1962年至今，是模擬實驗、現場勘測、統計計算方法和微機技術綜合應用的階段。

從技術上看，針對線路雷害事故形成的主要四個階段，相應有四類技術。（1）防直擊技術，即防止導線直接遭受雷擊，如架設避雷線、減少避雷線保護角、加裝避雷針等；（2）防閃絡技術，即防止輸電線路遭受雷擊后發生閃絡，如降低桿塔接地電阻、架設耦合地線、安裝線路避雷器等；（3）防建弧技術，即防止輸電線路發生閃絡后建立穩定的工頻電?。唬?）防停電技術，即防止輸電線路雷擊跳閘后重合閘不成功造成電力中斷，如加裝并聯間隙等。

俄羅斯的運行經驗表明：110～220kv架空輸電線路雷擊跳閘以反擊為主；330kv架空輸電線路雷擊跳閘反擊和繞擊大致各占一半；550～750kv架空線路雷擊跳閘以繞擊為主。因此，對輸電線路耐雷性能的分析主要包括反擊耐雷性能分析和繞擊耐雷性能分析。

2 某地區防雷措施分析

某地區輸電線路上經常采用的主要防雷措施有：（1）減小線路保護角；（2）加強線路絕緣水平；（3）降低桿塔接地電阻；（4）架設耦合地線；（5）加裝并聯保護間隙；（6）安裝可控放電避雷針；（7）安裝線路氧化鋅避雷器。

2.1 減小線路保護角

對于新建線路，可以通過對桿塔的設計，尋求最為適合的保護角，相應的會增加桿塔的投資費用，桿塔承重和基礎應力的要求也會相應提高。我國規程規定，對于避雷線保護角，一般采用15°至20°。對于已建成或老舊線路，改變線路保護角的工程復雜，需要停電對桿塔結構進行系統改造，施工周期長，投資高，工藝難，經濟性不理想。

2.2 加強線路絕緣水平

通過更換新型絕緣字或增加絕緣子片數，用以提高絕緣子的U50%放電電壓，進而提高線路的耐雷水平。我國規程規定：全高超過40米且有避雷線保護的輸電線路桿塔，每增高10米就應增加一片絕緣子；全高超過100米的輸電線路桿塔，絕緣子數應結合現場運行經驗通過計算確定。對采用不平衡絕緣方式配置的220kv及以下同塔多回線路，宜采用不平衡高絕緣措施降低線路的多回同時跳閘率，較高絕緣水平的一回宜比另一回高出15%。

2.3 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻和土壤電阻率直接決定了雷擊桿塔時塔頂電位，目前降低桿塔接地電阻或土壤電阻率能有效降低雷擊塔頂電位，提升線路耐雷水平，有效地防止反風險。實際工程實踐中，通過改善接地電阻來提升線路耐雷水平的成本相當經濟，桿塔接地電極的造價在工程總造價中比例不到1%。降低桿塔接地電阻的主要措施有：增加射線長度、加裝垂直接地體、加裝接地模塊或采用降阻劑等。我國規程規定桿塔的工頻接地電阻一般為10至30Ω。重要同塔多回線路桿塔工頻接地電阻宜降到10Ω以下；一般同塔多回線路桿塔宜降到12Ω以下。目前，已經嚴禁使用化學降阻劑或含化學成份的接地模塊進行接地改造。

2.4 架設耦合地線

架設耦合地線是一種有效的防繞擊措施，按架設的位置不同分為兩類，把直接增設在線路導線下方的稱為直掛式，把架設在線路兩側（或一側）的稱為側面式。耦合地線可增加導線和地線之間的耦合作用，同時具有分流作用。在滿足桿塔機械強度和導線對地距離情況下，可根據地形地貌采用架設耦合地線技術。運行經驗表明，架設耦合地線是降低線路雷擊跳閘率的重要措施。但是架設耦合地線施工困難，地形條件限制十分明顯，又不可避免的增加線路運行電能損耗，還有可能需要砍伐線路走廊樹木，使得線路運行維護的工作量和難度會增大。實際應用中，考慮耦合地線被盜嚴重應慎重選用；對于已架設耦合地線的線路則應加強巡視和維護。

2.5 加裝并聯保護間隙

在絕緣子串兩端并聯一對金屬電極，構成保護間隙，通常保護間隙的長度小于絕緣子串的串長。架空線路遭受雷擊時，因保護間隙的雷電沖擊電壓低于絕緣子串的放電電壓，故保護間隙先放電，持續的工頻電弧被引至電極端頭，最終借助電動力沿電極端頭吹開及消散，保護絕緣子不受損壞。優點是保護了絕緣子，減少絕緣子的更換工作量，且保護間隙結構簡單，造價低廉。缺點是對于現有線路，安裝并聯間隙會短接部分絕緣子，從而造成線路絕緣水平降低，反而導致雷擊跳閘率有一定升高。若為保持安裝并聯保護間隙后絕緣水平不變，則又需要增加絕緣子串長度，線路成本增大。在雷擊跳閘率較高的情況下，或者是重要線路的情況下，不宜安裝并聯間隙。

2.6 安裝可控放電避雷針

相對于傳統的避雷針來講，可控放電避雷針不等雷電場強增加到一定的程度就能夠提前放電，保護半徑更大，降低了每次接閃時的雷電流脈沖強度，減少了雷電感應引起的二次效應，更為安全。經過于塔頭安裝了可控的放電避雷針，可以有效的提高桿塔引雷的能力，增強桿塔對于其附近的導線雷電屏蔽的能力，從而降低了雷電繞擊導線概率，減小繞擊的跳閘率，同時因為能夠發生繞擊雷電流一般比較小，接地的電阻值控制于允許的范圍之內時被吸引到桿塔也不會發生反擊閃絡，也不增加反擊的跳閘率。合理安裝方式與安裝方法對于可控放電避雷針防護的效果很關鍵，220kv及以上線路安裝塔頂避雷針的桿塔應嚴格控制考慮季節系數修正后的桿塔工頻接地電阻不大于15Ω。

2.7 安裝線路氧化鋅避雷器

將線路避雷器與絕緣子串并聯安裝，當雷電繞擊線路或雷擊桿塔時，絕緣子兩端產生的過電壓超過避雷器動作電壓，避雷器動作，雷電流經避雷器泄放后，流過避雷器的工頻電流僅為毫安極，工頻電弧在第一次過零時熄滅。近年來，隨著金屬氧化物避雷器的技術的成熟，以及制作成本的降低，在輸電線路運用避雷器維護現已逐步被人們認同，開始了廣泛的實踐。220kv輸電線路采用避雷器維護后，可使桿塔的耐雷水平提高到200至300kA，耐雷水平大幅度提高，基本上很少發生閃絡。如果全線應用避雷器，則雷擊閃絡故障率可降到很低，這是避雷器維護的最大優點。在現已運行的220kv輸電線路上的易擊段、易擊點安裝線路避雷器，由于線路避雷器可以同時防止繞擊和反擊，并對桿塔接地電阻需求不高，從實際運行的效果來看，效果也非常明顯，可以較大地提高線路的耐雷水平，降低線路的雷擊跳閘率，從而減少線路的非計劃停電時間，提高供電可靠性。

3 某地區防雷措施選擇

輸電線路防雷措施選擇的目的，就是要提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率。影響雷擊跳閘的主要因素有地閃密度、雷電流幅值、地形地貌、地面傾角、線路保護角、線路絕緣水平、桿塔高度、桿塔接地電阻等。針對以上主要影響因素，有針對性地采取改造措施，可以明顯地減少上述影響因素的影響，最終取得有效的對線路的防雷保護效果。以上防雷措施都有較強的針對性，限制條件、優缺點也相對明顯，通常要相互結合綜合選擇使用。

從某地區電網的運行實踐看，降低桿塔接地電阻是技術經濟性最優的措施，已作為防雷措施的首選；對新建桿塔一般全部要求裝設避雷線，但老舊線路從設計上無法進行改造；按照差異化防雷策略，有重點、有選擇性的在部分桿塔上安裝避雷器，但后期運行維護工作量較大；并聯保護間隙防雷穩定性較差，存在間隙不動作而損壞絕緣子的情況；對安裝在避雷線上的避雷側針，因長期振動常與避雷線摩擦引發斷線事故，某地區電網正逐步拆除這種類型的避雷針。

4 結束語

輸電線路防雷工作是一項技術性與經濟性緊密結合的工作，應充分考慮輸電線路時間與空間的差異，綜合雷電活動、線路結構、地形地貌等各種因素及特征，開展雷擊風險評估，制定針對性的、差異化的綜合防雷措施以及治理方案。

參考文獻

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