淺析架空輸電線路雷電過電壓及其防護

摘要：架空輸電線路分布點多面廣、外界自然環境惡劣等因素影響線路的安全穩定運行，其中雷電過電壓造成的跳閘成為重要因素之一。研究雷擊故障特點，有針對性制訂雷擊事故防范措施，提高線路耐雷水平，進而提高供電可靠性和整個電網的安全穩定。

關鍵詞：輸電線路；雷害；防護

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0115-02

一、架空輸電線路雷害分析

由于架空輸電線路全部架設于露天且線路路線長、分布面廣。近幾年來，災害性天氣使輸電線路的雷擊跳閘事故頻發，雷擊造成的跳閘已上升為影響電網安全運行的重要因素之一。據統計，在架空輸電線路的事故中相當一部分是雷電事故，其中110kV及以上輸電事故中雷害約占全部事故的40%～70%，所以雷害對架空輸電線路的破壞和危害特別大。開展電網的防雷電技術研究，探索積極的防雷防護措施是目前電網安全穩定運行的緊急需要。

1.架空輸電線路雷擊過電壓分類

（1）按照雷電過電壓形成的物理過程分類：一種形式是直擊雷過電壓，也就是雷電直接作用于避雷線、導線或桿塔而引起的架空線路過電壓；另一種形式是感應雷過電壓，即雷電作用于線路附近大地或物體，由電磁感應在架空線路上產生的過電壓。

（2）按照雷擊線路部位的不同分類：一種通常稱為反擊，即雷擊到線路避雷線或桿塔時，雷電流通過雷擊點的阻抗使該點的對地電位大幅度升高，當雷擊點和導線之間的電位差大于線路絕緣沖擊放電電壓時，導線發生閃絡，出現過電壓；另一種通常稱為繞擊，即雷電直接擊中沒有避雷線的桿塔上的導線，或者繞過避雷線而擊中導線，最終導致直接在線路上引起過電壓，發生閃絡故障。

2.雷擊故障特點

重合成功率較高；山區輸電線路故障率高；輸電線路雷擊跳閘的主要原因是繞擊（由于110kV及以上高壓輸電線路絕緣強度高，感應雷過電壓一般不會對其引起閃絡，故不進行討論）。

二、架空輸電線路雷擊跳閘原因分析

1.極端氣象條件頻發，雷電活動加強

近幾年以來，山東省及煙臺市的雷電活動強烈而頻繁，有的地區超過40個雷暴日，部分地區雷電次數和強度有增加的趨勢，雷雨時經常伴有大風，這是雷擊跳閘增加的外因。

2.部分山區線路保護角取值偏大

在山區，由于山坡地形變化及微地形、氣象區的風速、風向等因素容易引起輸電線路避雷線保護范圍的不定式變化，往往導致屏蔽失效的區域增大。根據近年來輸電設備雷擊跳閘情況分析，山區線路由于雷電繞擊引起的跳閘較多，而保護角取值較大或未隨地形進行改進或調整避雷線的保護角是造成屏蔽失效的主要原因。

3.桿塔接地電阻沒有達到設計值或在運行中增大

由于部分地區土壤電阻率較高，部分桿塔接地電阻在施工后并未完全達到設計值，在具體施工過程中一般通過增加降阻劑勉強達到設計值。降阻劑在地下會不斷流失、消耗，甚至降阻劑會對接地體造成腐蝕，結果使接地裝置地下部分截面減少，接地電阻增大，造成線路雷電反擊跳閘的幾率增大。

4.桿塔接地電阻的測試不嚴格、不規范

不少接地射線長達50米左右，而有的線路維護人員不管桿塔接地裝置的尺寸和布置方式，一律采用電流極引線40米、電壓極引線20米的測試方式（有的甚至為20米、10米方式），勢必導致很大的接地電阻測量誤差。

5.設備臺賬、技術資料不健全，管理措施不到位

這給輸電線路雷擊跳閘的原因分析和措施制訂帶來了一定的困難。

三、架空輸電線路防雷要求

避雷線要達到保護架空輸電線路不受或少受直接雷擊；桿塔或避雷線受雷擊時不使或少使絕緣發生閃絡；當線路絕緣發生閃絡時，盡量減少由沖擊閃絡轉變為穩定電弧的概率，不致線路跳閘，從而減少雷擊跳閘率；即使線路閃絡跳閘也不影響線路供電。

四、架空輸電線路常用防雷技術保障措施

輸電線路架設避雷線；輸電線路降低桿塔的接地電阻；輸電線路架設耦合地線；輸電線路加強絕緣；采用不平衡絕緣方式；裝設自動重合閘；加裝線路避雷器；合理選擇線路路徑，避開雷電易擊區等微地形、氣象區。

五、架空輸電線路有效防雷對策

1.加大輸電線路運行維護工作力度

定期對線路運行進行維護是保證線路抗雷、防雷、提高其健康水平的有效手段。首先，建立健全設備臺賬、技術資料，健全所轄高壓輸電線路詳細的線路數據庫。其次，對線路進行定期及常規巡視，通過檢查接地體引下線部分與架空地線接觸情況，連接螺栓的緊固情況，接地裝置地下接地網的開挖檢查，判斷接地體的腐蝕情況。對于使用降阻劑桿塔要重點關注，通過開挖認真檢查與測試。使用降阻劑桿塔經常存在有接觸不良、在運行期間因腐蝕、開焊、盜竊等原因使得接地電阻增大的情況。此時，要及時更換和修補銹蝕嚴重的接地引下線和接地體，確保地線和接地裝置的導通情況良好。最后，對接地網的走向、布置、測試及開挖檢查情況進行詳細記錄，并做好資料的歸檔整理，以備案再用。同時根據季節變化，做好線路防護區的清障工作，保證線路走廊有足夠的安全間隙。

2.降低桿塔接地電阻

對線路桿塔接地電阻進行普測和維護改造，按《架空輸電線路運行規程》要求對110kV及以上線路桿塔全部要定期測試。工作中規范接地電阻的測試方法，測量桿塔接地電阻要注意根據桿塔接地裝置的布置方式，合理地布置測量引線，確保測量數據的準確性，對測試阻值不合格的在雷雨季節來臨前及時進行改造。降低路桿塔接地阻值一般分幾種情況：對山區土壤電阻率較高地區的桿塔一般采取換土、更換接地體、及時補充丟失的接地體、增加鋪設射線、沿等高線埋設連續伸長接地體的辦法來達到降低接地電阻目的；對新建或者改造的線路桿塔，根據不同的地質、地形選用定型接地模塊、灌注導電水泥的方法，確保接地電阻達到設計要求。根據桿塔土壤電阻率的情況盡可能降低桿塔接地電阻。

3.利用桿塔斜拉線分流

雷電流的上升陡度普遍很高，而輸電線路桿塔由于自身的電感較大，當雷電流上升陡度較大時，即使桿塔接地電阻不高，也可能直接引起絕緣閃絡，這是高桿塔在防雷電方面的不利因素。針對這一問題，降低塔身電感是一項行之有效的措施。對于220千伏及以上電壓等級的高桿塔、易擊塔，應裝設塔頂拉線進行分流來降低塔頂電位或充分利用已有的桿塔拉線，將其與接地裝置并在一起。為了保證分流效果作用，要確保拉線上下兩端與接地裝置連接良好，以防止雷電反擊。

4.加裝耦合地線或者改善接地射線

雷擊過程是一個暫態和包含穩態電磁感應的過程。提高耐雷水平可以通過增加桿塔耦合系數、減少電感和減小接地電阻的方法和手段。一般情況下，在相鄰的兩基桿塔之間設置互連的接地線，形成一個延長接地射線，既能降低接地電阻，又能達到良好的分流作用；通過耦合地線可以改進導線和地線之間的耦合系數，合理改善耦合系數和分流系數，最終降低導地線的電位差，實現提高線路的耐雷水平。

5.有效降低雷電繞擊率

發生雷電繞擊的線路多發生在線路的大跨越檔距、微地形、氣象區段。常用的解決辦法有通過裝設線路用氧化鋅避雷器、增加絕緣子串的片數、增裝旁路避雷線和裝設避雷針等。在現有屏蔽系統的基礎上有針對性地對易擊段采取補漏與強化措施，以不高的代價來進一步提高線路的運行安全性。對于新架設容易發生雷電繞擊的線路，一般結合線路具體情況，考慮地區地貌結構及特殊性，合理選擇桿塔的類型和線路保護角。

6.提升輸電架空輸電線路的絕緣水平

在多雷區，根據實際線路運行狀況及防雷要求，對于新投運桿塔應適度增加絕緣子片數，復合絕緣子要適當加長。及時檢測及更換零值絕緣子、低值絕緣子，對瓷絕緣子噴涂RTV涂料，采用電氣性能優良的瓷復合絕緣子等，提高輸電設備的有效絕緣強度，確保線路耐雷水平滿足規定要求。

六、結論

通過分析，采用上面介紹的防雷電對策后，架空輸電線路的雷擊跳閘率明顯得到了降低，供電可靠性得到了進一步的提高。然而，對輸電線路全面采取被動的防雷措施或提高絕緣來提高架空輸電線路的耐雷水平顯然是不盡合理，且效果也是有限的。其實雷電活動通常是有一定的規律，研究并掌握其活動規律，確定輸電線路上雷電活動的強度和易擊段，對于有針對性地加強多雷區和易擊點的防雷措施、提高線路的耐雷水平，從而提高其運行可靠性是必要的。隨著現代科技的快速發展，雷電現象觀測研究手段也在不斷提升和改善，通過對雷電活動進行長期的觀察和研究，借助現代雷電觀測技術手段積累雷電流幅值分布、雷電日、年平均落雷密度等雷電活動規律，開展對現有輸電線路和規劃中輸電線路經過地區雷電活動的觀測，總結雷電反擊和雷擊部位、繞擊跳閘率、線路參數、類型、邊導線保護角、接地電阻等形成基礎性資料。通過科學的研究方法，明確線路雷擊跳閘的調查、分析和統計流程，完成從線路的設計、技術改造入手，把輸電線路防雷措施關口前移，同時積極落實和完善雷害預防措施，才能把雷害降低到最低程度，切實提高輸電線路的安全運行水平，確保整個電網的安全與穩定。

參考文獻：

[1]孫成寶，董恩晉.送電線路[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]單中圻，王清葵.送電線路施工[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]國家電網公司人力資源部組.輸電線路運行（下）[M].北京：中國電力出版社，2010.

（責任編輯：王祝萍）