關(guān)于500kV高壓交流輸電線路防雷的探討

涂建輝

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司）

關(guān)于500kV高壓交流輸電線路防雷的探討

涂建輝

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司）

到目前為止，雷擊仍然是引起線路跳閘停電事故的主要因素。本文在學(xué)習(xí)國內(nèi)外輸電線路防雷技術(shù)應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實踐經(jīng)驗，對幾種較為實用防雷電繞擊技術(shù)進行深入研究，并探討了其應(yīng)用與高壓交流輸電線路的適用范圍及可行性，希望能為500kV高壓交流輸電線路防雷提供參考。

500kV高壓：交流輸電線路；繞擊：防雷

1 引言

高壓輸電線路地處曠野，很容易遭受雷擊。且隨著電壓等級的逐步增大，線路跳閘故障中原因中雷擊所比例也將不斷增長。500kV高壓交流輸線路由于其電壓等級較高、輸送距離較遠、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)較為復(fù)雜、桿塔較高等特點，使其引雷面積更大，這也極大的增加了其遭受雷擊的概率。我國屬于雷電活動強烈國家，500kV高壓交流輸電線路多位于空曠、地形條件復(fù)雜等地區(qū)，線路途徑多種不同環(huán)境，存在著雷害、污穢和覆冰等考驗。由此可見，加強500kV高壓交流輸電線路防雷探討，對于推動我國高壓電網(wǎng)建設(shè)大力發(fā)展的重要意義。

2 高壓輸電線路防雷技術(shù)

2.1 減小避雷線保護角

圖1 電氣幾何模型

如圖1電氣幾何模型所示，屏蔽弧弧段AB和暴露弧BD分別以以擊距sr和為cr半徑的弧線，以導(dǎo)線C與地線S為圓心，地面擊距的直線為gr為高度，直線DE為平行于地面。ABDE為定位曲面，落雷在AB、BD和DE面上，即分別擊中大地、相導(dǎo)線和避雷線。如果減小保護角，導(dǎo)線C移至C′時，線DE與暴露弧交點從D向D移動′，屏蔽弧與暴露弧的交點將會從B移至B′。從圖1也能看出當(dāng)暴露弧減小時，屏蔽弧隨之增大，雷電擊中導(dǎo)線概率也隨之減小。從而通過避雷線保護角的減小使得導(dǎo)線雷電繞擊率有效降低。輸電線路繞擊耐雷性能與導(dǎo)線與避雷線的保護角有相當(dāng)大的影響，尤其是在山區(qū)線路表現(xiàn)更為明顯，因存在地面傾角，繞擊率隨導(dǎo)線的保護角增加而增加，繞擊率隨對避雷線保護角減少而減少，減少的方法可分為以下幾種：

①避雷線的高度保持不變，增加絕緣子的片數(shù)，從而減小保護角，縮短導(dǎo)線的高度，降低輸電線路雷電繞擊率。②將避雷線和導(dǎo)線保持在一固定度的，通過縮短其之間水平側(cè)向距離來使保護角減小，降低繞擊率。③保護角在相同的情況下，避雷線、導(dǎo)線越短，其繞擊率就越小。

2.2 架設(shè)旁路屏蔽線

高壓輸電線路屏蔽系統(tǒng)主要由桿塔、大地與避雷線3者組成，輸電線路出現(xiàn)繞擊跳閘故障一定程度上可將其看作是由輸電線路屏蔽系統(tǒng)的引雷功能較弱，在此情況下可通過將某一屏蔽體的引雷能力增強，來降低輸電線路繞擊跳閘故障發(fā)生概率。旁路屏蔽地線架設(shè)在斜山坡地段主要目的在于使地面的引雷能力增強，預(yù)防繞擊事故。如圖2所示，可通過電氣幾何模型作圖對架設(shè)旁路地線的位置進行大致確定，地面傾角為A，以擊距rs為半徑的弧線相交于B點，分別以地線S和導(dǎo)線C為圓心，以擊距rs再以B點為圓心，為半徑畫弧，旁路地線的位置即為弧段CDE。得出結(jié)論，設(shè)置旁路地線對于預(yù)防山坡外側(cè)導(dǎo)線繞擊事故起著積極的作用。

圖2 確定旁路屏蔽地線位置

2.3 架設(shè)避雷針

2.3.1 塔頂架設(shè)可控放電避雷針

在塔頂安裝可控放電避雷針，具體原理為運用上行雷閃的特征，在需要時避雷針尖端電場足夠高發(fā)生畸變，迅速產(chǎn)生放電脈沖，可靠引發(fā)上行雷閃放電，以實現(xiàn)保護避雷對象的目的。如圖3（a）所示，將避雷針架設(shè)于如桿塔（尤其是轉(zhuǎn)角耐張塔）塔頂繞擊率較大的區(qū)域后，塔頂避雷針會將桿塔周邊的雷吸引過來，致使雷電擊中避雷針，從而預(yù)防線路遭雷電繞擊事故的發(fā)生。此種防雷技術(shù)已在應(yīng)用貴州、湖南、重慶、遼寧、湖北、福建等多個省市應(yīng)用，且均取得顯著的運行效果，適宜推廣使用。

2.3.2 地線上安裝防繞擊避雷短針

相關(guān)研究表明，因為輸電線路檔距中央的弧垂效應(yīng)以及桿塔的引雷作用，依據(jù)輸電線路檔距，可將雷電繞擊大致分為危險、正常區(qū)域與安全3個不同區(qū)域。在距離桿塔10～30m的區(qū)域為危險區(qū)域，需要進行重點防護，如圖3（b）所示，可在避雷線上加裝側(cè)向短針相應(yīng)間隙下地線的臨界電暈半徑小于地線上所架設(shè)側(cè)針的長度時，側(cè)針能夠使地線的引雷能力顯著提高。避雷線的臨界電暈半徑如果小于針長，針比線更易出現(xiàn)上行先導(dǎo)，這事需要對可能出現(xiàn)繞擊的弱雷提前進行攔截。將預(yù)放電防繞擊避雷針裝設(shè)在架空地線上，可以降低線路保護角，具有較強的引雷作用，能夠有效降低線路的雷電繞擊率。

圖3 避雷針結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 安裝線路避雷器

防雷用線路避雷器有很好的鉗位作用，當(dāng)輸電線路遭受雷擊時，避雷器參與分流，雷電流將大部分的從避雷器流入導(dǎo)線，也因為導(dǎo)線與避雷線的耦合作用，戴冬導(dǎo)線電位增高，于是絕緣子串的閃絡(luò)電壓大于塔頂與導(dǎo)線與間的電位差，絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)概率大幅度降低。通過對500kV源安線路中氧化鋅避雷器的應(yīng)用，調(diào)查顯示已取得初步成效。從20世紀(jì)80年代以來，國外就已經(jīng)不斷著手通過安裝氧化鋅避雷器降低線路雷擊故障的研究，并在各電壓等級的線路上成功的應(yīng)用氧化鋅避雷器。我國也不甘落后，開發(fā)出500kV、220kV、110kV等不同電壓等級的線路避雷器。廣東某電網(wǎng)公司供電局將線路避雷器應(yīng)用于110kV輸電線路，并在運行階段取得多次成功。相關(guān)調(diào)查表明，將線路避雷器安裝易遭雷擊的500kV高壓交流輸電線路中，能夠有效降低雷擊跳閘率，提高線路耐雷水平。

3 幾種防雷電繞擊技術(shù)的適用范圍

總而言之，輸電線路防雷設(shè)計過程中，無論哪條線路，只采用一種防雷技術(shù)，是不可能達到很好的防雷效果的，這就需要按照線路走廊的具體狀況，有針對性的選用幾種防雷技術(shù)進行共同防雷，從而降低雷擊跳閘率，實現(xiàn)供電的可靠性與安全性。

（1）日本500kV輸電線路運行結(jié)果證實，就算利用負保護角，還是存在著很高的跳閘率。這可能是由于雷電的風(fēng)速與分岔現(xiàn)象導(dǎo)致導(dǎo)線偏移，使得保護角增大了所引起。由此相關(guān)文獻提出通過安裝多根避雷線進行防雷電繞擊，并論證了這種方式對防止雷電繞擊500kV高壓交流輸電線路的效果，但同時也存在著成本較高的問題。可在2組地線截面稍有增加或固定不變的基礎(chǔ)上，在線路兩側(cè)及高塔頂部布置多根地線。

（2）減小避雷線保護角是預(yù)防雷電繞擊是最便捷、最經(jīng)濟措施之一。這里要注意，避雷線間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，不可過寬，否則中相導(dǎo)線將會缺少防護。負保護角在山區(qū)線路、尤其是對于輸電距離較長500kV高壓線路中較為適用，如果能夠全線采用負保護角，可將雷電繞擊發(fā)生率最大限度的降低。

（3）因為高壓輸電線路桿塔較高，轉(zhuǎn)角耐張塔處雷電繞擊發(fā)生率較高，將放電避雷針?biāo)敯惭b可控：桿塔10～30m距離的危險區(qū)域，將繞擊避雷短針安裝于地線上，引雷效果更佳。

（4）旁路地線架設(shè)可對導(dǎo)線完全屏蔽，從而減小山坡外側(cè)導(dǎo)線的繞擊概率。由此，可考慮在山區(qū)線路、雷電活動強烈地區(qū)架設(shè)旁路地線。

（5）線路避雷器安裝能夠使線路的耐雷水平有效提升。如果能夠?qū)⒕€路避雷器進行全線安裝，基本可以消除雷擊跳閘的事故，但由于線路避雷器購置成本較高，若全線安裝的資金投入較大，可在降阻困難的易擊段、線路土壤電阻率較高區(qū)域進行安裝。

4 結(jié)束語

綜上所述，在500kV高壓交流輸電線路防雷擊的應(yīng)用策略中，充分利用對先進避雷器的技術(shù)研究是提高雷電防范、保障輸電線路安全與穩(wěn)定的重要途徑。相關(guān)研究工作者可以總結(jié)過去經(jīng)驗，學(xué)習(xí)先進防雷技術(shù)，并借助避雷器與架空地線的結(jié)合形成一套完整的防雷體系，從而從根本上保障輸電線路的制勝，實現(xiàn)輸電系統(tǒng)整體服務(wù)性與經(jīng)濟性共同發(fā)展。

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2016-7-1