輸電線路防雷擊措施和方法

陳昌鐸，鄭建欣

(河南工業職業技術學院，河南 南陽 473000)

輸電線路防雷擊措施和方法

陳昌鐸，鄭建欣

(河南工業職業技術學院，河南 南陽 473000)

輸電線路是電網的重要組成部分，由于其暴露在野外，長期受到外界惡劣環境的影響，很容易遭受雷擊而發生故障，影響供電安全，嚴重時將會導致大面積停電事故。因此，采取有效可行的線路防雷擊措施，對確保輸電線路的安全、穩定、經濟運行非常重要。文章分析了輸電線路的防雷擊措施。

輸電線路；防雷擊；避雷器；閃絡

雷電不僅會使絕緣子發生閃絡或擊穿，有時還會引起導線斷線等事故。

雷電電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達十萬安。電流高壓效應會產生高達數萬伏甚至數十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設備，足以擊穿絕緣使設備發生短路，導致供電中斷。雷擊經常引起雙回路同時停電，20%～30%的輸電線路故障發生在雙輸電線路。

我國雷電分布特點是：夏季多于春秋季，陸地多于海洋，山區多于平原，南方多于北方。據電網故障防雷統計表明，在我國跳閘率較高的地區，輸電線路總跳閘次數中，由雷擊原因導致的占40%～70%，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復雜的山區，雷擊輸電線路引起的事故率更高。可見，雷擊已成為影響電網安全穩定影響的重要因素之一。

每一次雷擊閃絡，不僅使系統出現一次強的擾動，還可能造成設備損壞、線路停運，甚至出現電網大面積停電事故，造成巨大的經濟損失。近年來我國雷電活動加劇，電網新增速度加快，線路的電壓等級不斷提高，由雷擊造成的電網事故及損失也逐年上升。加強輸電線路的雷電防護，對維護電網的安全穩定運行有著要的意義。

1 雷擊故障分類

架空輸電線路中常見的雷電過電壓有2種：一種是感應雷過電壓；另一種是直擊雷過電壓。110 kV及以上電壓等級輸電線路由于其絕緣水平較高，感應雷過電壓危害一般較小，重點是直擊雷的防護。

直擊雷按擊中線路設備的部位又分為3種：雷擊于桿塔頂部或桿塔附近的避雷線，即常說的反擊雷；繞過避雷線擊于導線，即繞擊雷；雷擊于避雷線檔距中央。

雷擊避雷線的檔距中間且與導線發生閃絡引起跳閘的情況是極其罕見的，因此，直擊雷防護主要是反擊過電壓和繞擊過電壓的防護。

不同電壓等級輸電線路雷擊跳閘的主要原因不同。110 kV線路主要是反擊雷；220 kV和330 kV線路，繞擊雷和反擊雷都是主要原因；500 kV及以上超、特高壓線路，繞擊雷占絕大多數。

2 防雷擊故障措施及實踐

2.1 雷擊閃絡的對策與措施

2.1.1 減小避雷線保護角

減小避雷線保護角是用適當的方法減小避雷線的保護角，從而提高避雷線對導線的屏蔽性能，減小導線受繞擊雷的概率，進而有效降低輸電線路繞擊跳閘率。

減小避雷線保護角的方法有以下幾種：

1)保持避雷線和導線的高度不變，減小它們的水平側向距離，使保護角減小。

2)保持避雷線高度不變(即保持桿塔結構高度不變)，通過增加絕緣子的片數，降低導線掛線點高度來減小保護角，同時也增加了絕緣子串的長度，提高了絕緣子串的耐受電壓。

3)保持導線高度不變，通過增加避雷線的高度(即增加桿塔結構高度)來減小保護角。

減小保護角是公認的降低輸電線路繞擊跳閘率的最直接有效的措施。實際運行經驗也表明，小保護角的輸電線路繞擊跳閘率要低一些，很多架空輸電線路上采用了負的保護角技術。目前，減小避雷線保護角這項技術也正在被多個線路運行單位應用于老線路防雷改造和新建線路防雷設計中。

2.1.2 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻技術通過降低桿塔的沖擊電阻來提高輸電線路反擊耐雷水平。

對于平原地區，特別是土壤電阻率較低的區域，按照常規的設計，接地電阻值即能達到要求，而在山區、土壤電阻率高的地區，如何有效地降低接地裝置的接地電阻值，如何用較少的投資獲得較好的降阻效果，目前仍然是電力系統中廣大技術人員面對的主要技術難題。

在日本，一些地區采用了增加放射線與埋設垂直接地體結合的方法，但由于施工條件的限制，應用區域有限。目前，國內普遍采用增加接地放射線長度的辦法。除采用常規降阻方法外，也積極做了一些新方法的探索，如增加放射線面積、增加垂直接地體、合理使用降阻劑和降阻模塊、爆破接地等。

國內多條線路都是通過降低桿塔的沖擊接地電阻來降低線路的反擊跳閘率。

通過降低桿塔接地電阻來降低線路反擊跳閘有明顯的效果，對220 kV及以下電壓等級的輸電線路尤其如此。在輸電工程中，桿塔接地電極的造價在總造價中所占的比例很低，不到1%，通過改善接地電阻來提高線路耐雷水平的成本并不高。

2.1.3 線路避雷器

線路避雷器技術是通過在線路上安裝線路避雷器裝置，將其與線路絕緣子串并聯，提高安裝處線路的繞擊和反擊耐雷水平，并有效保護絕緣子不閃絡，從而降低雷擊跳閘率的一種防雷技術。線路避雷器因其結構不同，分為帶串聯間隙型線路避雷器和無間隙型線路避雷器兩種。

自20世紀80年代以來，美國、日本先后成功地將線路避雷器在各電壓等級線路上使用。1980年美國AEP和GE公司開始開發線路防雷用避雷器。

線路避雷器可以同時提高安裝處線路段的繞擊和反擊耐雷水平，降低安裝處桿塔的雷擊跳閘率，從而減少線路的非計劃停電，提高供電可靠性。

國內應用線路避雷器降低整條輸電線路雷擊跳閘率的運行經驗和典型案例表明，合理配置避雷器的位置和數量對于降低110 kV和220 kV輸電線路的雷擊跳閘率有較為明顯的效果。

相比于其他的防雷措施，線路避雷器保護原理優越，運行效果明顯。但是由于其保護范圍小，通常只能保護該桿塔兩側的一個檔距。若在線路上安裝數量較多的線路避雷器，其價格較高，經濟性差。因此，要進行技術經濟比較，經濟、合理、有效地安裝線路避雷器。

線路避雷器技術的目標是提高其保護范圍內線路的繞擊和反擊耐雷水平，從而降低該線路段的雷擊跳閘事故率，從而減少線路的非計劃停電時間，提高供電可靠性。

2.1.4 架設耦合地線

架設耦合地線是在降低桿塔接地電阻有困難的時候，在導線下方增設一條接地線，以提高線路的反擊耐雷水平，降低反擊跳閘率的防雷技術，一般應用在接地電阻較高的線路。

根據架設的位置不同，架設耦合地線技術分為兩類，即直掛式耦合地線和側面耦合地線。一般把直接增設在線路導線下方的稱為直掛式耦合地線，平行架設在線路兩側(或一側)的稱為側面耦合地線。

架設在線路兩側的耦合地線即側面耦合地線，位于導線兩側，有效地增加了地線的屏蔽作用，對線路防繞擊雷有較好的作用。

目前，在國內外都有架設耦合地線降低輸電線路雷擊跳閘率的技術。

2.1.5 并聯間隙

輸電線路并聯間隙技術是在絕緣子串兩端并聯一對金屬電極構成間隙，使雷擊線路時閃絡發生在該間隙處，從而保護絕緣子串免受電弧灼傷的一種輸電線路防雷技術。

在今后的輸電線路防雷工作中，應加快推廣輸電線路并聯間隙技術，并修改和制定相關的運行管理規定。

2.1.6 加裝各種型式的避雷針

加裝避雷針技術是一種利用避雷針較強的引雷能力，減小導線遭受雷擊的概率，降低線路繞擊跳閘率的防雷技術，目前主要有加裝避雷線水平側針、可控放電避雷針等。

2.1.7 電網雷害圖

電網雷害圖是指將危害電網的雷電按照危害程度進行劃分得出的分布圖，該分布不同于雷電日劃分的雷區分布或用地閃密度表示的雷電分布，而是按電網雷擊閃絡類型給出的電網繞擊或反擊雷害的分級與分布，該措施作為一種電網防雷評估手段，具有重要的指導意義。

科學的電網雷害圖技術是提高當前雷電防護措施針對性、實現電網差異化防雷、提高防雷技術經濟性和有效性的重要手段，也是當前雷電防護工程領域的一項新技術。電網雷害圖技術應推廣應用。

2.2 綜合防雷擊閃絡的治理措施

在設計階段宜考慮地形地貌影響，在運行階段結合運行經驗專項治理，加大防雷新技術研究與應用推廣。

雷電是自然界的一種復雜自然現象，對其機理與特性仍未充分認知，相關防范措施仍有待進一步創新。因此，加大防雷新技術研究與應用推廣仍是必要的。例如：開展直流線路避雷器應用研究，針對山頂及邊坡對架空地線保護角運行及相關防雷措施研究，利用相間間隔棒減小保護角的研究，接地裝置測試與改造研究，線路避雷器等新型輔助防雷設施的安裝與運行維護管理研究，開展兼具防冰防雷功能的桿塔塔型研究等。

2.3 防雷綜合治理實踐

選取220 kV某線作為研究對象。

2.3.1 歷年跳閘統計情況

220 kV某線2004年9月投運，總長161 422 km，桿塔437基。統計結果顯示，在2006—2010年5年內總計雷擊跳閘13次，占總跳閘次數的23%。

2.3.2 雷害風險分析

地形影響明顯。該線所經過區域地勢較為復雜，多為山區、丘陵等。

山區檔距大。在該線近5年的13次雷擊跳閘故障中，有12次故障的桿塔檔距在550 m以上。

地形保護角較大。在該線5年的13次雷擊跳閘故障中，防雷保護角最小值為11°56′28″，最大值達18°33′22″。

沿線雷電活動頻繁。經統計，該線輸電走廊所經過的地區實際落雷天數最高達126 d左右。2010年該地區落雷密度達4 162個/km2。

2.3.3 防雷綜合治理

通過對該線沿線雷電統計分析，按照地閃密度、落雷數排序，結合影響雷擊跳閘的線路特征、地形地貌等因素，對該線采取以下措施進行綜合治理。

加裝線路避雷器：加裝線路避雷器桿塔39基，避雷器安裝總數78支；增加絕緣子片數。接地裝置的改造：桿塔接地裝置改造總數45基，改造電阻值為10Ω以下。

2.3.4 防雷治理效果

220 kV某線經過治理后經歷多次雷雨過程未發生雷擊跳閘故障。2012年線路走廊內的地閃密度為3.05次/km2，是該省平均值(2.28次/km2)的1.34倍，雷電日為39.7 d。該線路以往每年雷擊跳閘3～4次，而治理后未再發生雷擊跳閘故障。

3 輸電線路雷擊故障預防措施

每年3月底前應完成防雷檢查及缺陷處理。

重點檢查有無去年甩掉而未投入運行的避雷器，避雷器引線及接地裝置連接是否完好，新架設線路及臨時用電設備拆除的線路末端有無防雷空白點，中壓架空絕緣線路安裝放電鉗位絕緣子或防雷放電線夾是否齊全，防雷接地電阻是否合格等，多雷區的防雷改進措施是否落實。

雷雨季節后做好防雷總結，以指導防雷工作。

認真查閱氣象資料，在規劃設計前期盡量避開雷電活動較為頻繁的區域，合理選擇線路走向。

根據線路的自身特點和環境因素，有針對性地開展差異化防雷改造。

積極采用新的防雷裝置，為輸電線路的綜合防雷工作積累實際經驗。

認真搜集微地區、微氣象資料，在規劃設計前期盡量避免雷電活動較為頻繁的區域。

提高輸電線路架空地線的分流能力，以減少因過電流發生斷線故障。

[1] 盧明.輸電線路運行典型故障分析[M].北京：中國電力出版社，2014.

[2] 曾昭桂.輸配電線路運行和檢修[M].4版.北京：中國電力出版社，2013.

[3] 寧歧.架空配電線路及設備典型故障[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

[4] 張逸群，李海星.輸電線路典型故障案例分析及預防[M].北京：中國電力出版社，2012.

Lightning protection measures and methods of transmission line

Chen Changduo，Zheng Jianxin

(Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，Henan，P.R.China)

The transmission line is an important part of power system. Because of its exposure to the field, the long-term effect of the external bad environment, easily struck by lightning, affecting the safety of power supply, large area blackout accident caused serious will. Therefore, take effective line lightning protection measures, is very important to ensure the safety of transmission lines and stable economic operation. Analysis of the measures of lightning protection of transmission line.

transmission line; lightning protection; lightning arrester; flashover

2016- 04-21

陳昌鐸，男，碩士研究生，主要從事機械和電氣相關研究。