高壓輸電線路綜合防雷措施及其技術(shù)特點(diǎn)分析

鄭 輝

（國(guó)網(wǎng)銀川供電公司，寧夏 銀川750011）

0 引言

實(shí)踐表明，雷擊輸電線路造成線路跳閘停電，在電網(wǎng)的總事故中占很大比例。同時(shí)，雷擊線路產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓沿線路侵入變電所、發(fā)電廠，又是造成其主要電氣設(shè)備絕緣損壞的重要因素。因此為了采取經(jīng)濟(jì)、合理的防雷措施，以提高輸電線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)全面考慮線路的重要程度、電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、線路經(jīng)過(guò)地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱及其地形地貌特征、桿塔所在地土壤電阻率高低等條件，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾延芯€路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而確定出合理的保護(hù)方案。

1 合理選擇輸電線路路徑

大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，線路遭受雷擊往往集中于線路的某些路段。我們稱之為選擇性雷擊區(qū)，或稱為易擊區(qū)，線路若能避開易擊區(qū)，或?qū)σ讚魠^(qū)線段加強(qiáng)保護(hù)，則是防止雷害的根本措施，實(shí)踐表明，下列地段易遭受雷擊：

1）雷暴走廊，如山區(qū)風(fēng)口及順風(fēng)的河谷和峽谷等處；

2）四周是山區(qū)的潮濕盆地，如鐵塔周圍有魚塘、水庫(kù)、湖泊、沼澤地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等處；

3）土壤電阻率有突變的地帶，如地質(zhì)斷層地帶、巖石與土壤、山坡與稻田的交界處，巖石山腳下有小河的山谷等地，雷易擊于低土壤電阻率處；

4）地下有導(dǎo)電性礦的地面和地下水位較高處；

5）當(dāng)土壤電阻率差別不大時(shí)，例如有良好的土層和植被的山丘，雷易擊于突出的山頂，山的向陽(yáng)坡等。

2 架設(shè)避雷線

2.1 架設(shè)避雷線

通常來(lái)說(shuō)，線路電壓越高，采用架設(shè)避雷線的方法效果越好，而且避雷線在線路造價(jià)中所占的比重也越低（一般不超過(guò)線路總造價(jià)的10%）。因此規(guī)程規(guī)定，220kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，110kV線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線。同時(shí)，為了提高避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽效果，避免雷電繞過(guò)避雷線而直接擊中導(dǎo)線，即減小繞擊率，避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)做得小一些，一般采用20°-30°，220kV雙避雷線線路應(yīng)做到20°左右，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角在15°及以下，山區(qū)宜采用更小的保護(hù)角。但是隨著避雷線保護(hù)角的減小，避雷線與導(dǎo)線的耦合也會(huì)隨之增加，耦合損失也會(huì)不斷增加，因此，對(duì)避雷線保護(hù)角的確定應(yīng)當(dāng)權(quán)衡繞擊率與耦合損耗二者，采用最經(jīng)濟(jì)的保護(hù)角。另外，桿塔上兩根地線間的距離，不應(yīng)超過(guò)導(dǎo)線與地線間垂直距離的5倍。

為了起到保護(hù)作用，避雷線應(yīng)在每基鐵塔處接地。在雙避雷線的超高壓輸電線路上，正常的工作電流將在每個(gè)檔距中兩根避雷線所組成的閉合回路里感應(yīng)出電流并引起功率損耗。為了減少這一損耗，同時(shí)為了把避雷線兼作通訊及繼電保護(hù)的通道,可將避雷線經(jīng)過(guò)一個(gè)小間隙對(duì)地（鐵塔）絕緣起來(lái)。雷擊時(shí)，間隙被擊穿，使避雷線接地。

2.2 采用絕緣避雷線防雷

輸電線路的避雷線除用作防雷外，還有多方面的的綜合作用，如實(shí)現(xiàn)載波通信；降低不對(duì)稱短路時(shí)的工頻電壓、減小潛供電流；作為屏蔽線以降低電力線對(duì)通信線路的干擾等。按照用途之不同，避雷線懸掛方式有兩種，一種是直接懸掛于鐵塔上，另一種是經(jīng)過(guò)絕緣子與鐵塔相連，即使避雷線對(duì)地絕緣。

由于避雷線至各相導(dǎo)線的距離一般不相等，它們之間的互感就有些差別，因此，盡管在正常情況下三相導(dǎo)線上的負(fù)荷電流是平衡的，但在避雷線上仍然要感應(yīng)出一個(gè)縱電動(dòng)勢(shì)。如果避雷線逐桿接地，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)就要產(chǎn)生電流，其結(jié)果就增加了線路的電能損失。

3 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻是影響塔頂電位的重要參數(shù),對(duì)于一般高度的桿塔,當(dāng)桿塔型號(hào)、尺寸與絕緣子型號(hào)和數(shù)量確定后，降低桿塔接地電阻對(duì)提高架空送電線路耐雷水平、減少反擊概率是非常有效的。

避雷線與塔腳電阻相配合，在雷擊時(shí)能夠起到大幅度的降壓作用，故而對(duì)110kV及以上的混凝土桿塔或鐵塔線路，是一種最有效的防護(hù)措施，尤其在電阻率ρ≤300Ωm的土壤中，降低接地電阻較易，經(jīng)濟(jì)投資小。計(jì)算表明：桿塔接地電阻每增加10-20?，雷擊跳閘率將會(huì)增加50%-100%。

4 增設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，可采用架設(shè)耦合地線的措施，耦合地線是架設(shè)于輸電線路相導(dǎo)線下的接地導(dǎo)線，它的作用主要有以下兩個(gè)方面：

1）加強(qiáng)避雷線與導(dǎo)線間的耦合，從而減小絕緣子串兩端電壓的反擊電壓和感應(yīng)電壓的分量；

2）增加了雷擊塔頂時(shí)向相鄰桿塔分流的雷電流。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：耦合地線對(duì)減小雷擊跳閘率的效果是顯著的，尤其在山區(qū)的輸電線路其效果更明顯。我國(guó)曾對(duì)110kV和220kV有避雷線線路采用過(guò)加裝耦合地線的做法。

5 提高絕緣等級(jí)，采用不平衡絕緣方式

6 安裝線路型避雷器

線路避雷器的防雷效果只對(duì)安裝點(diǎn)起保護(hù)作用，完全達(dá)到防雷效果需全線安裝線路避雷器，投資巨大，在線路的部分桿塔上安裝線路避雷器，如果選點(diǎn)不合適就達(dá)不到應(yīng)有的保護(hù)效果，通常都是在遭受雷擊嚴(yán)重的部分桿塔點(diǎn)處裝設(shè)線路避雷器。因此，為

在所有防雷措施中，采用不平衡絕緣和加強(qiáng)絕緣是最經(jīng)濟(jì)、也是最容易實(shí)現(xiàn)的。增大絕緣時(shí)的效果，一是，提高了絕緣水平，從而提高了反擊和繞擊的耐雷水平；二是，降低了建弧率；三是，減少了保護(hù)角。由于大跨越、高桿塔線路雷擊過(guò)電壓高于一般線路段，為降低其跳閘率，可加大大跨越檔距導(dǎo)線與避雷線之間的間距，或者增加線路絕緣子串的片數(shù)，以加強(qiáng)絕緣。

在現(xiàn)代高壓及超高壓線路上，同桿架設(shè)的雙回線路日益增多。但因此類線路導(dǎo)線垂直排列，桿塔較高，線路反擊耐雷水平一般比同電壓等級(jí)、導(dǎo)線水平排列的線路要低。國(guó)內(nèi)外此種線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，會(huì)產(chǎn)生同塔雙回線路的絕緣子相繼反擊的現(xiàn)象，從而造成雙回路同時(shí)跳閘，對(duì)于同桿架設(shè)的雙回路線路，其絕緣子串的片數(shù)應(yīng)有所差別，其目的是：在雷擊時(shí)絕緣子串片數(shù)少的回路先發(fā)生閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對(duì)另一回路的耦合作用，可降低其絕緣子串上的過(guò)電壓，提高了線路的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，保證另一回線路可避免在使用線路避雷器時(shí)的盲目性，必須掌握線路的運(yùn)行現(xiàn)狀及重要性，加強(qiáng)針對(duì)性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，有針對(duì)性的安裝線路避雷器。

7 裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動(dòng)重合閘裝置對(duì)于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá)75%-95%，35kV及以下的線路成功率約為50%-80%。根據(jù)規(guī)程《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程（GB/T14285-2006）》要求：“3kV及以上架空線路及電纜、架空混合線路，在具有斷路器的條件下，如用電設(shè)備允許且無(wú)備用電源自動(dòng)投入裝置時(shí)，應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置。”加裝線路自動(dòng)重合閘作為線路防雷的一種有效措施，在線路正常運(yùn)行中和保證供電可靠性上都發(fā)揮了積極的作用，但應(yīng)對(duì)瞬時(shí)故障加強(qiáng)巡視、分析和判斷，并及時(shí)予以查清處理，防止給線路安全運(yùn)行遺留隱患。

8 結(jié)束語(yǔ)

總之，輸電線路和電網(wǎng)雷電防護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，隨著線路規(guī)模擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及氣候變化、雷電活動(dòng)頻繁，電網(wǎng)雷害事故明顯增多，加強(qiáng)雷電參數(shù)及線路防雷分析，開展防雷改造、采取有效的防雷措施顯得特別重要。

［1］張緯鈸.電力系統(tǒng)過(guò)電壓及絕緣配合[M].北京：清華大學(xué)出版社,1988.

［2］何平，籃磊.關(guān)于架空線路感應(yīng)過(guò)電壓的計(jì)算問(wèn)題[J].高電壓技術(shù)，1999，25(2)：25-31.