輸電線路防雷措施及新技術研究

李健

（1.湖北工業大學電子與電氣工程學院，湖北武漢430068；2.國網重慶合川區供電有限責任公司，重慶合川401520）

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輸電線路防雷措施及新技術研究

李健1，2

（1.湖北工業大學電子與電氣工程學院，湖北武漢430068；2.國網重慶合川區供電有限責任公司，重慶合川401520）

首先介紹了輸電線路防雷的發展趨勢和雷擊放電的分類，其次提出了輸電防雷的措施以及新技術，為進一步提升輸電線路防雷水平提供參考。

雷擊放電；避雷針；接地電阻；防雷保護

1　輸電線路防雷的發展趨勢

輸電線路防雷由于其本身的重要性，在歷史發展過程中經歷了很多彎路，積累了很多經驗。1930年以前，主要以感應雷為主導的防雷系統。在最初的電網發展中，輸電線路電壓等級較低，其雷電事故主要以感應雷為主，因此在線路上安裝了地線，從而減少感應過電壓。這條地線掛在相線下面，起到了很好的耦合地線的作用。

第二個階段，人們開始意識到直擊雷的危害，截至1950年，為防止直擊雷，雷電參數在這一時期有了很大的提高和系統歸納總結。期間，美國建成了220 kV高壓輸電線路，防雷技術得以促進和發展，伴隨傳輸線的電壓等級的進一步增加，絕緣水平在原有基礎上也大大改進了，所以人們逐漸認識到，直擊雷才是雷擊事故的主要來源。

第三階段是由傳統計算方法的爭論引起的，同時對數據進行了重新評估，其是源于美國345 kV線路的故障。該階段極大推進輸電防雷研究進度，促使理論分析與現場測試相結合，并在新認識中逐步累積經驗。下一個階段就是1962年至今，這一階段作為一個模擬試驗和現場實測相結合的階段，人們在概率統計的方法和計算機的集成使用等方面有了很大的改進。

為了加強線路可靠性，進一步減少雷擊跳閘率，研究表明，僅僅采用傳統的防雷措施是不夠的，對于已采用防雷技術但是效率不明顯的地區，或無法使用傳統的防雷技術領域，從以下幾個方面入手，第一是利用多邊針系統，對于那些已經運行了避雷線的線路防雷，應安裝側避雷針，這在一定程度上降低了雷擊。塔頂安裝多針系統相當于把塔頭附近的避雷線向外延伸，也能進一步減少繞擊。然后是線路避雷器的應用，隨著避雷器在電網中日益重要的作用，國內外對其的研究也日益深入。與傳統避雷技術相比，避雷器并聯于線路絕緣子兩端，對于常規防雷技術進行了有效補充和加深，尤其在那些雷電活動頻發的地區和桿塔接地電阻降低有困難的地區。

2　雷擊放電的分類

雷擊放電分為感應雷和分直擊雷，直擊雷過電壓是桿塔、避雷線或線路被雷電直接擊中而引起的過電壓。感應雷過電壓是大地、線路相互之間的感應而形成的電壓。

1）感應雷過電壓。根據靜電感應原理，線路被周圍的雷云逐步接近時，后在線路上感應出部分束縛電荷，而且與雷云的電荷一樣，最后都會漏入地球，而絕緣中性點的電荷也會經由線路泄露漏入大地。2）直擊雷過電壓。根據統計，線路跳閘主要都是因為直接雷擊過電壓造成的。導線或桿塔被雷擊時，會產生比絕緣子串沖擊放電電壓還要高的感應過電壓，這很容易降低供電的可靠性，甚至引發線路事故。直擊雷根據雷擊形式發生的可能性不同，又分為三類，分別是繞擊導線、直擊避雷線和直擊桿塔。

3　輸電線路防雷措施

1）合理選擇路徑。在選擇線路前，應該對輸電線路通道的土壤電阻率、雷電活動和地質地貌等進行充分地實地考察，力爭在前期規劃和圖紙設計時就盡量避開容易遭受雷擊的地區。對于輸電線路通道必須要經過的易受雷擊地段，一定要加強防雷保護和絕緣保護。2）架設避雷線。架設避雷線可以分流減小桿塔頂端的電位、與導線耦合降低絕緣子兩端的電位差以及對導線屏蔽降低導線感應過電壓。為了減小繞擊率，避雷線保護角一般在20°～30°，500 kV及以上線路保護角小于15°，對于某些特殊線路或線路段，保護角甚至可能采取負角。3）降低桿塔接地電阻。對于所有等級線路，耐雷水平與接地電阻成反比。土壤電阻率在100～300Ω·m，采用自然接地和人工接地均可。這極大地降低了跳閘率。土壤電阻率大于2 000Ω·m，可采用特殊接地裝置或延長接地裝置。降低接地電阻的方法有使用降阻劑、采外引接地和伸長水平接地體等，其中使用降阻劑是一種常用有效的方法。4）架設耦合地線。當降低接地電阻很難實現時，可以通過在導線底部架設耦合地線措施提高防雷性能。同時它與導線、避雷線的耦合會使得兩端電壓降低，從而提高了防雷性能。同時，耦合地線進一步降低塔頂電位。5）采用自動重合閘裝置。永久性的絕緣損傷大部分情況下，都不會是因為雷電沖擊閃絡造成的，因為空氣絕緣水平可以迅速恢復。因此，采用自動重合閘裝置對提升供電可靠性和及時恢復供電有十分積極的作用。國內線路重合閘成功率110 kV及以上最高達90%，35 kV及以下達75%。

4　輸電線路防雷的新技術

1）同塔雙回線路采用差絕緣防雷。研究發現可以使用差絕緣的方式來提高雷擊情況下的供電可靠性。差絕緣就是在同一條件下，絕緣子較少的回路首先發生閃絡。閃絡后，導線與完好的線路相互耦合，會對耐雷水平有所提升，從而保證了供電的可靠性。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。2）線路避雷器防雷保護。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；還有就是在一些難以實現降低接地電阻的地方，當一般的防雷保護難以滿足要求時，可以考慮安裝線路避雷器的方法來防雷，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，避雷器動作將雷電流通過導線傳播到相鄰的鐵塔上。3）半導體消雷器。半導體消雷器也是近年來最新研制的防雷手段，它不僅能降低雷電流的幅值，而且在一定程度上可以減小陡度。它是由5～19根半導體針組成。4）可控放電避雷針。可控放電避雷針因其具有很大的引雷能力和較大的保護角，能夠有效降低輸電線繞擊率等優勢，所以值得廣泛應用于高壓輸電路防雷。同時，可控放電避雷針的還具有放電電流幅值小、陡度低的特征。依據輸電線路的耐雷水平，110～500 kV的輸電線路不發生跳閘而承受雷擊電流。

（編輯：王璐）

Research on Transmission Line Lightning Protection and New Technology

Li Jian1，2
（1.School of Electronic and Electrical Engineering，Hubei University，Wuhan Hubei430068；2.State Grid Chongqing Hechuan Power Co.，Ltd.，Hechuan Chongqing 401520）

This paper introduces the development trend of transmission line lightning and lightning discharges classification，followed by the proposed transmission lightning protection measures and new technologies in order to further enhance the level of transmission line lightning protection，provide a reference.

lightning discharge；lightning rod；grounding resistance；lightning protection

TM 862

A

2095-0748（2015）23-0033-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.14

2015-10-28

李健（1972—），男，重慶合川人，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程自動化管理。