220kV輸電線路防雷接地技術分析

摘 要：220kV輸電線路是我國最主要的高壓線路，是連接各個變電站和用戶的重要紐帶，可以說是電力系統的大動脈，承擔著居民用電安全的重要任務。其安全運行不僅關系到用戶的可靠供電，對于整個電網的穩定運行也有著重要的影響。雷擊故障是220kV輸電線路的主要故障形式之一，文章在對220kV輸電線路進行分析的基礎上，歸納分析了雷擊故障的特點，并針對性的制定了相應的技術措施，對電網的安全穩定運行有著重要的意義。

關鍵詞：220kV輸電線路；防雷技術；雷擊故障

1 220kV輸電線路雷擊故障

高空中的雷云在起電、移動和先導放電的過程中經常會形成一個斷開的回路，如此一來將會和架設在高空中的輸電線路產生靜電感應。當高空中的雷云對大地放電時，輸電線路中將會產生大量的自由電荷以沖擊波的形式向兩端移動，從而造成雷擊故障。這是雷擊故障產生的基本原理，當然由于輸電線路遭受雷擊的閃絡形式的不同，其產生的機理和故障類型也是存在一定的差別，具體如下：

1.1 220kV輸電線路雷擊故障類型

根據輸電線路遭受雷擊的閃絡形式不同，可以將220kV輸電線路雷擊故障大致分為直擊故障和繞擊故障兩種類型。其中直擊故障指的是當高空中的雷電直擊到塔頂或者避雷線時，來自空中的雷電會分流，其中一部分雷電通過避雷線和輸電線流在輸電線路中流動，另一部分雷電則會順著桿塔入地，在雷電流入地的過程中桿塔本身的電感以及接地電阻將會導致塔頂的電壓迅速提高，從而形成高位電壓，當塔頂電位與導線上形成的高位電壓差大于絕緣子串的50%雷電放電電壓時，桿塔上的絕緣子串就會發生從桿塔到導線的閃絡。這種情況下產生雷擊故障常被稱為直擊故障；而繞擊故障則指的是高空中的雷云經過輸電線路時，其對大地的房地將會和架空輸電線路產生感應，如此一來就很容易繞過桿塔直接通過輸電線路產生瞬間高壓，造成輸電線路的電位提高。當輸電線路的電位和桿塔之間的電位差達到一定程度時，絕緣子串就會產生瞬間電流，從而造成雷擊故障。值得注意的是，在實踐中由于220kV輸電線路基本上都設置有避雷線，因此雷云繞擊到架空線路的可能性較低，但是一旦產生繞擊，其所帶來的影響都遠遠的超過直擊故障。

1.2 220kV輸電線路雷擊故障的發生原因

從近年來我國發生的220kV輸電線路雷擊故障來看，雷電繞擊是雷擊故障產生的主要因素，原因就在于當前關于防雷技術的研究已經十分成熟，可以有效的避免或者降低直擊故障的發生。而繞擊故障的發生頻率并不高，但是其所帶來的影響往往較大。具體分析，導致雷電繞擊的因素主要有以下幾個方面：一是線路保護角α的影響。理論上來說，當桿塔的高度在40m左右時，線路的保護角α應當為8度最為理想，這時雷擊故障的發生率僅為0.16%，保護角每增加4度，雷擊故障的發生幾率就會提高1%。而當前我國輸電線路大多在10度左右，從而導致雷擊故障發生頻率較高；二是桿塔高度的影響。當桿塔高度較小時，輸電線路保護角α也相對較小，因此雷擊故障的產生幾率較低。隨著桿塔高度的增加，雷擊故障的幾率也會相應增加，以ZM21桿塔型為例，35m以上的桿塔每增加1m雷擊故障率就會增加6.7%；三是多種因素的相互作用。事實上，導致輸電線路雷擊故障的原因往往是多種因素互相作用的結果，其發生幾率不僅與桿塔的高度、輸電線路保護角有著密切的關系，與當地的地理位置、土質類型等也有著一定的聯系。

2 220kV輸電線路防雷接地技術

在實踐中作者發現輸電線路遭受雷擊常常集中在線路環境較為復雜的地段，即我們所說的選擇性雷區或者易擊區。因此，采取有效措施來提高220kV輸電線路的防雷能力是以其輸電線路的選擇科學合理為前提的，在保證輸電線路盡可能地避免易擊區的情況下可以采取以下措施。

2.1 降低桿塔的接地電阻

降低桿塔的接地電阻是220kV輸電線路常用的一種防雷技術手段，正如上文中所論述那樣直擊雷電流在順著桿塔入地的過程中桿塔本身的電感及接地電阻將會導致塔頂的電壓迅速提高，因此降低桿塔的電阻能夠有效的減小雷電流對輸電線路的沖擊。其基本原理是當桿塔的接地電阻降低時，整個回路的電阻也會隨之降低，如此一來塔頂電壓就會低至絕緣子能夠承受的水平，從而避免絕緣子的閃絡和雷擊故障的發生。根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（DL/T620-1997）、《交流電氣裝置的接地》（DL/T621-1997）相關規定，當土地電阻率在100Ω以下時，工頻接地電阻應當在10以下，土地電阻率在2000以上時，工頻接地電阻應當在30以上。常見的降低桿塔接地電阻方式有水平外延接地、深埋桿塔接地極、填充電阻率較低的物質（降阻劑）三種類型。

2.2 架設耦合接地線

雖然說降低桿塔接地電阻是最為簡單有效的防雷接地技術，但是在一些特殊地質環境下桿塔接地電阻難以降低，這種情況下采用架設耦合接地線是一個比較好的選擇，即在輸電導線下方加設一條接地導向，將雷擊時的過電壓接入地下，從而提高輸電線路的防雷能力，降低雷擊故障的發生頻率。通過架設耦合接地線的方法提高220kV輸電線路防雷能力的基本原理為：耦合地線能夠有效的增加輸電導線和地線之間的耦合作用，從而減小雷擊時塔頂的高位感應電壓，再加上耦合地線對雷擊使桿塔的過電流也有一定的分流作用，因此可以有效的避免雷擊故障的發生。比較常見的有直掛式耦合接地線和側面耦合接地線兩種方法。

2.3 安裝側向避雷針

上文中作者已經論述過繞擊故障是當前220kV最為常見的雷擊故障，其產生的原因在于高空雷云在向大地放電時和輸電線路產生了電感應，從而造成了大量電荷在輸電線路中向兩端移動，造成雷擊故障。對此可以采用按照側向避雷針的方式來提高避雷線對雷擊的吸引能力，擴大避雷線的保護范圍。和其它220kV輸電線路防雷接地技術相比，避雷線的最大優勢在于能夠廣泛的應用于已經投入運行或者未投入運行的輸電線路上，投資相對而言較小，并且個體用戶也能夠購買已經設計好的側向避雷針來提高輸電線路的防雷能力。值得注意的是，側向避雷針應當具有全金屬結構，流通量大，可應對大電流沖擊，還應具有抗高溫、抗風、抗震、抗覆水、抗老化等性質，并且能在惡劣環境下至少運行30年，來進行線路的防雷設施。

總而言之，雷擊作為220kV輸電線路安全、穩定運行的最大影響因素，在實踐中我們要采取多種措施來提高輸電線路的防雷能力。導致220kV輸電線路雷擊故障的原因是多方面的，作者結合自身的實踐經驗對一些簡單易行的防雷接地進行了總結歸納，對于220kV輸電線路的防雷能力提高和問題運行有一定的借鑒意義。相信隨著相關理論研究和實踐經驗的豐富，并聯保護間隙技術、安裝線路型避雷器、優化絕緣配合等技術含量較高的防雷接地技術將會廣泛的應用于220kV輸電線路防雷保護中，為我國用電安全提供強有力保障。

參考文獻

[1]宗偉，吳顯舟，姜復亮，等.220kV輸電線路接地裝置防雷改造研究[J].吉林電力，2015，8.

[2]韓立奎，張兆華，韓曉冰，等.220kV輸電線路OPGW光纜接地方式改進分析[J].光通信技術，2011，6.

[3]何峻偉.220kV高壓輸電線路的防雷接地技術研究[J].科技經濟市場，2015，8.

[4]汪勇.220kV輸電線路防雷技術研究[J].現代經濟信息，2013，6.

作者簡介：李壬，身份證號碼：211403197309208452。