特高壓輸電線路防雷技術的探討

李建輝　周新泉

摘要：我國將直流±800kV、交流1000kV及以上的電壓等級定義為特高壓。眾所周知，我國能源分布很不均衡，水電資源主要集中在西南部，煤炭資源和風能資源主要分布在西北、華北等地，而用電需求主要集中在中東部地區。遠距離輸電是解決發電與用電異地分布的關鍵策略，然而500kV超高壓電網已難以滿足大容量、高效率、遠距離輸電需要，采用特高壓輸電成為我國能源發展政策的必然選擇。雷擊是影響遠距離輸電安全可靠性的重要因素，中外運行經驗和統計數據，已證實雷擊是輸電線路跳閘的主要“元兇”。特高壓輸電線路雷害特點又不同于常規輸電線路，因此本文對特高壓輸電線路防雷技術進行了探討。

關鍵詞：特高壓輸電線;防雷技術;輸電線路

前言：

通過對國內外大量超高壓輸電線路運行經驗的梳理與總結，可以看到雷擊是導致特高壓輸電線路發生跳閘故障的最主要原因。而且伴隨輸電線路電壓等級的提高，在輸電線路跳閘原因中，雷擊原因的比例也相應提高。與高壓、超高壓輸電線路相比，特高壓輸電線路由于電壓等級更高、桿塔更高、輸送距離更遠，引雷面積更大自然更容易遭受雷擊。因此研究探討特高壓輸電線路綜合防雷技術，對我國特高壓電網的建設與發展有著重要的意義和作用。

1特高壓輸電線路雷擊跳閘原因分析

首先，雷電活動頻繁。因氣候惡化，我國在進入新世紀以后不少地區的雷電活動不斷增加，趨于頻繁，這對于我國身處曠野的特高壓輸電線路而言，無疑時刻面臨著雷擊的威脅。其次，線路鋪設的屏蔽保護角問題。多項相關數據都表明屏蔽保護角與特高壓輸電線路的防雷效果有著密切的關系，正確的屏蔽保護角有助于降低雷擊跳閘率，反之不正確的屏蔽保護角自然會增大雷擊跳閘率。再次，線路維護工作未做好^[1]。特高壓輸電線路的質量與線路維護工作息息相關，維護工作開展得好，則特高壓輸電線路的運行質量以及防雷效果就越佳。但由于惡劣的地理環境以及維護工作量大，導致特高壓輸電線路很容易出現維護不到位的情況，進而導致雷擊跳閘率升高。最后，線路絕緣性能降低。特高壓輸電線路由于長期暴露在高空中，飽受風吹日曬等因素的侵蝕，隨著時間的推移，線路絕緣性能勢必會逐漸降低，從而增大了雷擊挑戰的風險。

2特高壓輸電線路耐雷性能的影響因素及研究方法分析

特高壓輸電線路耐雷性能的影響因素及研究方法分析，具體內容體現如下：

2.1特高壓輸電線路耐雷性能的影響因素

影響特高壓線路耐雷性能的因素錯綜復雜，包括：線路結構因素，如地線對導線的保護角、線路絕緣水平、桿塔高度、塔型、檔距內弧垂等;雷電因素，如雷電流幅值大小及分布;地形因素，如山體地面傾角及不同位置;氣象因素，如風速、氣溫等;線路運行因素，如線路電壓與極性等。現根據EMG對部分影響因素進行分析。

2.2耐雷性能研究方法

輸電線路耐雷性能影響因素的研究可通過現場觀測、模擬實驗、理論分析等手段實現。雷電觀測是了解雷電參數和雷電特性的主要方法，目前我國已建立了較為完善的雷電定位系統，可以獲得輸電走廊地閃密度分布資料，便于采取差異化的防雷策略。模擬實驗是獲得雷電數據及驗證理論分析結果不可或缺的手段，然而實驗室放電試驗與實際雷電放電存在較大差異，模擬實驗結論需要通過實際工程驗證^[2]。理論分析主要有規程法、電氣幾何模型（EMG）、先導發展模型（LMP）三個途徑。規程法基于多年運行經驗和模擬實驗結果，如DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》附錄C中給出的繞擊率計算公式，該方法對特高壓輸電線路偏差很大，故不適于特高壓線路耐雷性能的分析。EMG通過幾何作圖方法分析雷電先導擊中目的物的情形，以明確雷電活動與線路結構尺寸的關系，但經典EMG忽略桿塔高度、地形等因素，一般不用于特高壓線路繞擊的分析，改進EMG通過引入吸引半徑并考慮復雜地形因素等方式完善了經典模型。LMP建立了雷電上下行先導從發展到擊穿目的物整個過程的分析機制，比EMG更準確描述雷擊過程，但也因此使模型更加復雜，相關參數和判據不完善，影響實際應用。

3特高壓輸電線路防雷措施

特高壓輸電線路防雷措施，具體內容體現如下：

3.1采用差異化防雷策略

特高壓輸電線路傳統防雷措施不外乎減小避雷線保護角、架設多根避雷線、架設耦合地線、架設避雷針、安裝線路避雷器、提高線路絕緣水平、采用不平衡絕緣、絕緣子串并聯間隙、安裝自動重合閘等，然而線路防雷性能評估主要依據典型地貌及雷擊跳閘率的統計結果，沒有根據各級桿塔耐雷性能差異采取針對性的措施，投入與產生的效果不成比例。差異化防雷是按照線路重要程度、線路走廊雷電活動規律、線路結構、絕緣配置水平、防雷方法等差異性，綜合考慮技術經濟效果所采取的針對性策略^[3]。

3.2架設避雷針

一是將可控放電避雷針安裝于塔頂。對于桿塔處等雷電繞擊率較大的區域，通過安裝可控放電避雷針，從而達到對桿塔附近的雷吸引的目的，這樣雷電擊就會擊中可控避雷針，從而減少了繞擊特高壓輸電線路的幾率。目前這種防雷方法已經在多個省市獲得了廣泛的應用，取得了較好的運行效果。二是將防繞擊避雷短針安裝于地線上。基于相關研究成果，檔距中央的弧垂效應和輸電線路桿塔的引雷作用，沿輸電線路檔距，可以將雷電繞擊大致劃分為安全、危險、正常三個區域^[4]。其中危險區域指的是距桿塔10～30m這一區域，需要予以重點防護。當架設于地線上的側向斷針的長度比臨界電暈半徑（相應間隙下地線）大的時候，此時借助于側向斷針，地線的引雷能力將得到顯著提高，從而大大降低了雷電繞擊特高壓輸電線路的幾率。這主要是由于當側向斷針的長度比臨界電暈半徑大后，會比地線更易產生上行先導，從而實現了對可能發生繞擊的弱雷的提前攔截。

3.3差異化防雷策略實施流程

差異化防雷一般要經過參數統計、各基桿塔雷擊跳閘率計算、桿塔防雷性能評估、防雷措施配置幾個步驟。充分評估每基桿塔差異化特征，針對防雷薄弱性環節，再采取針對性措施是非常重要的^[5]。例如特高壓同塔雙回線路通常架設2根地線，并且地線對邊相導線保護角不應小于-5°（山區），但可能因為地形因素造成兩地線間距過大（超過導地線垂直距離5倍），以致中相導線遭到繞擊閃絡，對此應通過架設第三根地線或另設耦合地線加以防范。

3.4加強絕緣

對于高壓輸電線路的個別大跨越高桿塔地段，落雷機會增多，塔高等值電感大，塔頂電位高;感應過電壓也高;繞擊的最大雷電流幅值大，繞擊率高。這些都增大了線路的雷擊跳閘率。為降低跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串的片數，加大大跨越檔的導、地線之間的距離，以加強線路絕緣來達到提高線路耐雷水平的目的。高壓同桿雙回線路可采用不平衡高絕緣方式，即增強回路絕緣強度的絕緣方式，可有效降低雙回同時跳閘率。加強絕緣意味著增加絕緣子片數，成本也較高，采用何種絕緣方式，應進行全面技術與經濟比較。

總結：

根據運行經驗，雷電繞擊是特高壓輸電線路跳閘的主要原因，尤其山區雷擊閃絡威脅更為直接。特高壓輸電線路防雷除了減小地線保護角，還應采取綜合防雷措施，因為特高壓輸電線路運行時間、數據相對不足，應結合實際線路情況采取差異化防雷策略才能有效保障線路安全運行。

參考文獻：

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[5]賀體龍，方明俊.特高壓輸電線路防雷技術的探討[J].電力建設，2007（05）：21-22.