輸電線路防雷措施分析

劉海峰，劉昊實(shí)，趙志剛，李　儉,依　陽,馬　超

(國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊　050070)

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輸電線路防雷措施分析

劉海峰，劉昊實(shí)，趙志剛，李儉,依陽,馬超

(國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊050070)

摘要：架空輸電線路防雷是電力系統(tǒng)防雷工作的重要組成部分，通過對(duì)輸電線路防雷措施進(jìn)行探討，深入分析了輸電線路遭雷擊跳閘原因，并結(jié)合線路實(shí)地情況，提出了避免輸電線路遭遇雷擊的新措施。

關(guān)鍵詞：輸電線路；雷擊；防雷措施

我國電力行業(yè)近幾年發(fā)展迅猛，電網(wǎng)建設(shè)不斷加強(qiáng)，電力裝備技術(shù)不斷提高。目前，河北省南部電網(wǎng)(以下簡稱“河北南網(wǎng)”)已形成了500 kV的主網(wǎng)架，并開工建設(shè)了1 000 kV交流和±800 kV直流輸電線路。500 kV輸電線路由于其分布廣、線路長、跨越地形復(fù)雜，使得線路防雷工作尤為艱巨和重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河北南網(wǎng)超高壓輸電線路由雷擊引起的跳閘次數(shù)占總跳閘次數(shù)的70%，因此，分析輸電線路的雷擊特點(diǎn)以及成因，采用合理的防雷措施，減少線路跳閘次數(shù)，對(duì)保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行起著十分重要的作用。

1雷擊跳閘原因

超高壓輸電線路其輸電容量大，送電距離長，相對(duì)成本低，線路走廊利用率明顯提高，絕緣子的長度增加，片數(shù)增多，直接使得其絕緣水平大大提高，而絕緣水平隨著電壓等級(jí)的升高而增加，線路本身的絕緣水平使得線路耐受雷擊過電壓的水平也相應(yīng)提高，然而，500 kV輸電線路也出現(xiàn)雷擊跳閘現(xiàn)象，究其原因，主要有以下兩方面。

a. 超高壓輸電線路的桿塔相對(duì)較高、塔頭尺寸比較大，導(dǎo)致攬雷面積較大。由于線路電壓等級(jí)高的特點(diǎn)，建設(shè)成本昂貴，輸電線路路徑確定后難以改變，因此不容易繞開地理氣候環(huán)境惡劣等區(qū)域，導(dǎo)致其線路鐵塔周圍空曠，線路孤立、高聳，根據(jù)雷電地閃擊距的原理，線路更容易遭受強(qiáng)雷電襲擊，特別是大電流雷電的襲擊，導(dǎo)致跳閘。

b. 高壓輸電線路導(dǎo)線中有電流通過，為上行先導(dǎo)提供充足的電荷來源，線路一旦遭受雷擊，其線路本身的高電壓與雷擊過電壓的疊加會(huì)大幅提高過電壓水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過輸電線路絕緣子本身的耐受過電壓水平，導(dǎo)致跳閘[1]。

2雷擊跳閘特點(diǎn)

雷擊跳閘一般分為2種情況，一種是雷擊線路桿塔頭部或避雷線時(shí)，雷電流下泄中會(huì)引起塔頭電位迅速升高，雷電流通過雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對(duì)地電位迅速升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過絕緣的沖擊最大放電電壓時(shí)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓。因?yàn)闂U塔或避雷線的電位(絕緣值)在導(dǎo)線上部，通常稱為反擊雷。

另一種是雷電繞過避雷線(屏蔽失效)擊于導(dǎo)線，使之直接在導(dǎo)線上引起過電壓。通常稱之為繞擊雷[2]。

3防雷措施

線路防雷工作，采取各種有效措施，為輸電線路設(shè)置一道道有力的屏障，防止雷電波的侵入，提高線路的耐雷擊水平，避免或減少線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)導(dǎo)致跳閘，從根本上降低雷擊跳閘率。結(jié)合線路運(yùn)行實(shí)際狀況，提出以下防雷措施。

3.1開展雷電參數(shù)的分析

國網(wǎng)河北省電力公司雷電定位監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)在出現(xiàn)雷電日時(shí)，可及時(shí)查詢輸電線路附近落雷情況，參照地理位置對(duì)雷電活動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析，以確定線路可能遭受雷擊的幾率，劃分出輸電線路遭受雷害的等級(jí)區(qū)域，并分析制定相應(yīng)的防雷措施。

3.2接地改造

桿塔接地電阻對(duì)輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，接地電阻越小，雷擊時(shí)桿(塔)頂電位就越低，對(duì)線路造成的過電壓也就越小，從而使線路的耐雷水平得到提高，當(dāng)桿塔接地電阻增大時(shí)，其耐雷水平下降，雷擊跳閘率上升。因此降低桿塔接地電阻是最直接、最有效的防雷措施之一。

3.3架空避雷線

架空避雷線又名架空地線，主要對(duì)導(dǎo)線起屏蔽作用，用來分流雷電流，避免雷電直擊導(dǎo)線。架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)的最基本、最有效的措施，避雷線一般是架設(shè)在鐵塔的頂部，與輸電線路的導(dǎo)線形成保護(hù)角，而減小保護(hù)角能有效增加避雷線屏蔽面，減小導(dǎo)線暴露面，降低雷電繞過避雷線擊中導(dǎo)線的概率，從而起到雷電防護(hù)的作用。

3.4加裝避雷側(cè)針

對(duì)于一些雷電頻繁活動(dòng)區(qū)段，在鐵塔頂加裝避雷側(cè)針。避雷側(cè)針不能避雷，只能引雷。雷云放電時(shí)，避雷側(cè)針的針尖將成為感應(yīng)電荷的焦點(diǎn)，雷電流沿著放電通道對(duì)避雷側(cè)針進(jìn)行主放電，并迅速泄導(dǎo)入大地，保護(hù)線路不發(fā)生閃絡(luò)。

在防止繞擊雷方面，通常在繞擊雷活動(dòng)頻繁區(qū)段加裝負(fù)角保護(hù)針，該保護(hù)針為上翹30°～45°長約2.4 m的避雷側(cè)針，安裝在線路兩邊相，可有效防止雷電繞擊，它與架設(shè)在導(dǎo)線上方的避雷線(避雷針)相互配合，截?cái)嘀睋衾缀屠@擊雷效果顯著，起到了很好的屏蔽效果。

3.5加裝線路避雷器

對(duì)于一些雷電活動(dòng)特別頻繁且山區(qū)地區(qū)接地電阻經(jīng)改造仍達(dá)不到要求的鐵塔，可使用線路避雷器。它與絕緣子并聯(lián)在桿塔上，當(dāng)雷擊桿塔或避雷線時(shí)，其串聯(lián)間隙放電，因其雷電動(dòng)作伏秒特性比絕緣子低，故能保證絕緣子不再閃絡(luò)，避免了線路跳閘停電。線路避雷器在防止雷電直擊塔頂、避雷線和繞擊導(dǎo)線后對(duì)絕緣子的沖擊閃絡(luò)方面有很好的效果。

3.6加裝避雷阻波器

避雷波阻器由高強(qiáng)度抗瞬態(tài)過電流電抗器、層間防瞬態(tài)擊穿絕緣層、高強(qiáng)度瞬態(tài)電流沖擊負(fù)載、抗瞬態(tài)超大電流沖擊絕緣護(hù)套、高強(qiáng)度抗瞬態(tài)超大電流沖擊絕緣芯體組成，并進(jìn)行專門的抗趨膚效應(yīng)處理，可在高強(qiáng)度超大電流的沖擊下正常工作，解決了塔頂繞擊危險(xiǎn)區(qū)的防護(hù)問題，如圖1所示。雷電波通過避雷波阻器的波阻體構(gòu)成低通濾波器，使雷電沖擊發(fā)生色散、沖擊延時(shí)，進(jìn)而有效降低雷電波的前沿陡度和幅值；同時(shí)，器件接入桿塔后由于其分流作用分擔(dān)部分雷電過電壓，等效提高了線路的耐雷水平；避雷波阻器與既有絕緣子、避雷線等防雷設(shè)備構(gòu)成多層防護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)桿塔附近雷擊危險(xiǎn)區(qū)的繞擊防護(hù)和反擊防護(hù)雙重功效。

圖1　避雷波阻器防雷擊等效電路

3.7加強(qiáng)輸電線路維護(hù)

為了防止雷擊跳閘停電，線路運(yùn)行單位在防雷技術(shù)上應(yīng)多做研究，輸電線路防雷設(shè)計(jì)的目的是提高線路的防雷性能，降低線路的雷擊跳閘率。對(duì)防雷設(shè)備的接地情況進(jìn)行檢察，根據(jù)地形條件和氣候條件等綜合考慮運(yùn)行方式。輸電線路狀態(tài)檢修是電網(wǎng)發(fā)展的必然要求，也是輸電線路管理水平不斷提高的需要，如增加巡檢站，清理線路旁的樹枝等。根據(jù)線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)、清理線路周圍的不利因素、加裝線路避雷器和接地電阻監(jiān)測(cè)等措施，以降低雷電天氣對(duì)輸電線路造成的危害。

4結(jié)束語

線路遭受雷擊是多方面原因引起的，解決線路雷害問題要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，綜合處理。在制定措施之前，要認(rèn)真調(diào)查分析，充分了解現(xiàn)場地理、氣象及線路運(yùn)行等各方面的情況，核算線路的耐雷水平，研究采用的措施的可行性、難度、工作量、經(jīng)濟(jì)效益及效果等，最后來決定采用上述某一種或幾種防雷措施，防雷工作才能起到實(shí)際效用，線路雷擊才有可能從根本上得到控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)璋，朱德恒．高電壓絕緣技術(shù)[M](2版)．北京：中國電力出版社，2007．

[2]趙媛，李雨，鄧春，等．500 kV緊湊型線路防雷特性研究[J].中國電力，2013,46(5)：38-44.

本文責(zé)任編輯：靳書海

Research on Lightning Protection of Transmission Line

Liu Haifeng,Liu Haoshi,Zhao Zhigang,Li Jian,Yi Yang,Ma Chao

(State Grid Hebei Electric Power Corporation Maintenance Branch,Shijiazhuang 050070,China)

Abstract:Overhead transmission line lightning protection is an important part of the power system,line lightning protection work is particularly important.Though carries on the disussion to the transmission line lightning protection,analyzes the transmission line caused by lightning stroke tripping,and combined with the line field is proposed to avoid transmission lines from lightning protection measures.

Key words:transmission line;lightning trip;lightning protection measures

收稿日期：2016-02-29

作者簡介：劉海峰(1980-)，男，工程師，主要從事500 kV輸電線路運(yùn)行與檢修技術(shù)管理工作。

中圖分類號(hào)：TM863

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9898(2016)03-0036-03