關于架空輸電線路防雷技術探討

高心新　祁志平　馮德賓　歐洋　寧航

【摘要】架空輸電線路是電力系統的重要組成部分，由于它暴露在自然之中，故極易受到外界的影響和損害，其中最主要的一個方面是雷擊，架空輸電線路遭遇雷擊，從而影響線路的供電可靠性。因此，采取有效措施降低線路的雷擊跳閘次數，是確保電網安全運行的一項重要工作。解決線路的雷害問題，要結合防雷措施從實際出發因地制宜，綜合治理。

【關鍵詞】輸電線路 雷擊跳閘 防雷措施

雷電是一種大氣放電的自然現象，產生于積雨云中，積雨云在形成過程中，某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷。它們對大地的靜電感應，使地面或建（構）筑物表面產生異性電荷，當電荷積聚到一定程度時，不同電荷云團之間，或云團與大地之間的電場強度可以擊穿空氣（一般為25～30 kV/cm），開始游離放電，我們稱之為“先導放電”。在主放電階段里，會出現很大的雷電流（一般為幾十kA至幾百kA），并隨之發生強烈的閃電和巨響，這就形成了雷電。雷電一般伴有陣雨，有時還會出現局部的大風、冰雹等強對流天氣。強雷暴天氣出現有時還帶來災害，如雷擊危及人身和電力設備安全，當家用電器、計算機機房直接遭雷擊或感應雷時將會被損壞，有時還會引起火災等。

1. 雷電對電力線路的危害

雷電對輸電線路安全運行危害極大，常常造成絕緣子閃絡事故，特別在山區、交通不便的地區，給巡視、查找故障增加不少困難。高海拔地區因特殊的地理位置，雷電時常伴有瞬間大風與急雨，極大的風速常常造成高大樹木倒落導線上、輸電線振動、橫向碰擊和倒桿斷線的發生。如對這些現象處理不及時的話，就會造成電力事故，嚴重時會危機人們生命財產的安全。

電網中的事故以輸電線路的故障占大部分，輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大，尤其是在上面所述的山區輸電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的，據運行記錄，架空輸電線路的供電故障一半是雷電引起的，所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障，進而降低電網中事故的發生頻率。

2.輸電線路遭受雷擊的幾種情況

雷擊，實際上就是雷云電荷向大地的突然渲泄，當雷電作用于輸電線路上，將造成沖擊過電壓。因這種過電壓是由于大氣中的雷電作用引起的，故稱之為大氣過電壓，又由于這種過電壓的能量是來自電力系統外部，故又稱之為外部過電壓[1]。直擊雷過電壓通常發生于桿塔頂部、避雷線檔距中央、導線上。直擊雷過電壓按照雷擊線路的部位不同，又可分為反擊、繞擊雷電過電壓兩種情況。

2.1 反擊雷電過電壓

雷擊線路桿塔或避雷線時，雷電流通過雷擊點阻抗使得該點對地電位大大升高，當雷擊點與導線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時，會對導線發生閃絡，使導線出現過電壓，由于桿塔或避雷線的電位（絕對值）高于導線，因此稱之為反擊。當雷電流擊中輸電桿塔塔頂時，大部分雷電流沿桿塔流入大地，由于桿塔、避雷線波阻抗及接地電阻的存在，雷電流流過桿塔進入大地時，會在桿塔上產生很大的壓降，使塔頂、橫擔的電位陡升。當絕緣子串兩端所承受的電位差超過其沖擊閃絡電壓時，絕緣子串發生閃絡，導致輸電線路發生接地故障。

2.2 繞擊雷電過電壓

雷電直接擊中導線（無避雷線）或繞過避雷線（屏蔽失效）擊中導線，直接在導線上引起過電壓，這種形式的雷擊通常稱為繞擊。當雷電流直接擊中輸電導線時，由于大量雷電流注入，導致輸電線路對地電壓陡升。當絕緣子串兩端承受的電位差大于絕緣子串沖擊閃絡電壓時，絕緣子串發生閃絡，導線通過桿塔對地放電。繞擊發生時，雷電流首先直接作用于導線。因此繞擊時導線的電流行波全部為雷電流分量，不存在類似反擊的電磁耦合分量。

3. 輸電線路雷擊跳閘的原因

3.1 雷擊跳閘的原因

除了雷電活動頻率升高，桿塔接地電阻、地形地貌、避雷線保護角等都是引發輸電線路雷擊跳閘的重要原因。

3.1.1 有些地區受地形的限制，桿塔位于山坡或山頭上，大檔距數量較多，沿線路平行架設耦合地線的措施往往很難實現，因此線路遭受繞擊概率隨著上升。

3.1.2近年來同桿架設線路逐步增多，線路桿塔的全高有了大幅度增加，對于高桿塔而言，其引雷的概率和繞擊的概率有所增加，反擊耐雷水平不斷下降，因此，雷擊跳閘率也會有所增加。

3.1.3 合成絕緣子具有免維護、耐污能力強的優點，在220千伏輸電線路上受到了廣泛的應用，但受到桿塔尺寸的限制，合成絕緣子爬電距離無法無限制的增加，在加上運行多年的合成絕緣子表面已呈現老化狀態，其雷電沖擊耐受電壓比相應的玻璃絕緣子要低，因此耐雷水平要比玻璃絕緣子的耐雷水平要低。

4.防雷措施

4.1 降低桿塔接地電阻

線路因長年運行于慌慌郊野外，受氣候和土壤、環境的影響，接地網會不同程度的銹蝕和外力破壞，每隔一定時間，必須對其進行檢測，根據檢測結果，及時改造，確保地網的完好和合格。具體實施辦法如下：

1）組織線路人員進行桿塔接地電阻、土壤電阻率測量和檢查接地裝置的完好性。

2）對雷擊重點線路進行接地電阻普查測量，根據普測的情況對雷擊重點區域，雷擊頻發性桿塔接地裝置進行重點改造;對變電站終端及連續5基桿塔接地電阻不合格者進行重點改造，降低接地電阻。

3）對線路接地引下線被盜嚴重的區域桿塔接地引下線采用扁鋼作為引下線進行改造，確保桿塔全年接地可靠。

4）針對不同的地形、地質、土壤結構情況采取垂直、環形和水平復合接地體進行改造，以保持各季節接地電阻合格。

5）對超高土壤電阻率的桿塔接地網，采用換低土壤電阻率的土進行埋設，或采取延伸接地，將接地網引伸到低土壤電阻率的地方進行集中接地，降低接地電阻。

4.2 全線架設避雷線

架設避雷線是輸電線路最基本的防雷措施，避雷線可降低輸電線路絕緣所承受的過電壓幅值。當雷電直擊于輸電線路時，避雷線將雷電流引入大地，由于接地電阻值大小有所不同，因而在桿塔頂造成不同的電位。為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，減少繞擊率，避雷線對邊導線的保護角應盡量小，一般范圍在20°—30°之間，特殊桿塔出現0°或負角保護。

4.3 加強線路絕緣

由于輸電線路個別地段需采取大跨越高桿塔（如;跨河桿塔），這就增加了桿塔落雷的機會。高塔落雷時塔頂電位高，感應過電壓大，而且受繞擊的概率也比較大。在高海拔地區和雷電活動強烈地段，也存在這樣的情況，為了降低線路跳閘率，可在高桿塔上或特殊地段增加絕緣子串片數，加大大跨越檔導線與底線之間的距離，以加強線路絕緣。在35kV及以下的線路可采取瓷橫擔等沖擊閃絡電壓較高的絕緣子來降低雷擊跳閘率。增加絕緣子片數，導致塔頭間隙相應增大，增加塔頭尺寸和絕緣費用。

結束語

輸電線路防雷是一項復雜而又意義重大的綜合性的工作，由于雷電現象的復雜性和雷電活動的分散性，雷擊幾率受制約因數的多樣性，它的危害不可能完全消除和避免，我們只有不斷努力去探索和嘗試，使危害程度降到最低限度，更需要線路運行管理單位在科學的實踐中不斷的總結經驗、深入的研究探索，通過大量論證和實驗制定出有效的方法和對策，在確定輸電線路防雷方案時，全面考慮輸電線路的重要程度，系統運行方式，所處地區雷電活動的強弱，地形地貌的特點及土壤電阻率的高低等條件，根據技術經濟比較的結果。因地制宜，采取合理的綜合防雷保護措施，是今后防雷保護的一個主要研究方向;對于易發生雷擊地區應該進一步研究和完善適合于本地區的防雷新技術，是防雷保護的又一主要研究方向。

參考文獻

1、周澤存.高電壓技術[M].北京：水利電力出版社，1991.

2、解廣潤.電力系統過電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.