1000kV特高壓輸電線路防雷工程設計框架

文/韓宇

為了保證特高壓輸電線路在運行過程中安全無誤，對其輸電線路進行防雷是一個重要的環節，只有對國內外特高壓輸電線路的實際運行情況做出充分的了解，并且吸取相應的經驗，才能夠建設成經濟合理、技術先進的輸電線路網絡。通常情況下，特高壓輸電線路的建設地點及環境都相對比較惡劣，大部分線路網絡都處于山區地帶，從而雷電擊打的情況十分常見，這也是特高壓輸電線路出現故障的常見情況。關于特高壓輸電線路的雷擊主要有如下兩個特點：首先，由于線路的絕緣程度相對較高，所以一般情況下雷擊中塔頂發生閃絡的可能性較小；同時，由于線路建成后的桿塔相對較高，所以繞擊的情況很容易發生。歐美等發達國家為了使雷電過電壓盡可能的被防護，都對特高壓輸電線路做出較為周密的防雷設計，并且也積累了大量的寶貴經驗。所以為了解決我國1000kV特高壓輸電線路防雷擊這個亟待解決的難題，對國內外的先進經驗進行吸收和借鑒是十分必要的。

1 1000kV特高壓線路繞擊分析

通常情況下，特高壓線路的桿塔對于地面來說相對較高，所以輸電線路上的工作電壓幅值也相對較大。一旦出現雷雨現象，很可能在雷雨電荷的作用下，線路的桿塔頂部和線路附近的地面突起物對輸電線路產生向上的迎面先導，這種情況會極大程度的使線路的屏蔽性能受到破壞，從而對線路產生嚴重的損害。這種原因的微觀機制可以通過建立相應的幾何和電氣模型，通過分析地面、導線和避雷線之間的位置關系做出宏觀的說明和微觀的描述。特高壓線路雷擊跳閘的一個重要因素是繞擊，為了提高輸電線路的屏蔽性能，可以通過分析保護角來實現屏蔽性能的研究，并且特高壓輸電線路避雷線的屏蔽效果是否良好，也是評判保護角大小是否合理的一個重要標準。

在對1000kV特高壓輸電線路進行屏蔽性能分析后，很容易發現：1000kV特高壓線路常用的桿塔四種類型：M型水平排列、3V型水平排列、M型三角排列、3V型三角排列。具體說明如下：

（1）M型水平，保護角為9.23°，出現繞擊閃絡的概率是0.051%；

（2）M型三角，保護角為5.92°，出現繞擊閃絡的概率是0.011%；

（3）3V型水平，保護角為9.72°，出現繞擊閃絡的概率是0.219%；

（4）3V型三角，保護角為6.62°，出現繞擊閃絡的概率是0.121%。

2 1000kV特高壓線路桿塔的選擇

由于1000kV的特高壓輸電線路桿塔采用雙地線進行保護，并且空氣與絕緣子之間的放電電壓均值相對較大，這就導致雷電擊中桿塔塔頂或地線時發生反擊的情況相對較少。并且由于特高壓輸電線路的桿塔相對于地面的高度較大，一旦雷電的電流經過桿塔，感應電勢差在懸掛絕緣子串桿塔的橫擔處分量將明顯提高，雷電反擊閃絡的概率也會隨著桿塔高度的增加而相應的提高，我們從控制雷電反擊閃絡概率的情況下進行分析，一般會選擇拉線V型塔，這種類型比雙回塔或者自立式類型的防雷擊效果要更加良好。

3 1000kV特高壓輸電線路防雷工程設計

3.1 線路避雷器的安裝

技術人員在進行特高壓輸電線路的設計過程中要合理的利用線路的避雷器，避雷器在使用過程中可以確保導線和桿塔之間的電勢差在明顯高出避雷器的工作電壓情況下，使絕緣子閃絡的情況發生的概率明顯得到控制，對于一些地區架設的特高壓輸電線路出現雷擊跳閘概率較高的情況，技術人員在進行設計的過程中可以在輸電線路上有針對性的設置避雷器。一般來說，特高壓輸電線路的避雷器種類，可以使用如下兩種：

3.1.1 無間隙型避雷器

這種避雷器可以直接連接導線，并且這種避雷器也是電站型避雷器的一個加強版，可以吸收沖擊過程中產生的能量，在運行過程中也具備較強的可靠性和安全性，如果線路處于正常操作電壓或運行電壓的情況下，避雷器不會發生異常動作，并且為了避免電氣設備出現老化的情況，無間隙型避雷器本身并不帶電工作。

3.1.2 帶串聯間隙型避雷器

該類型避雷器的工作方式是利用空氣作為介質和導線實現連接，這種避雷器在承受工頻電壓的過程中，必須在雷電流的作用下進行，這就保持了避雷器本身較長的使用壽命，可靠性也相對較高。帶串聯間隙型避雷器的使用范圍十分廣泛，其本身并不承擔系統在運行過程中的輸電電壓，同時也具備相應的間隙隔離功能，上述情況又使帶串聯間隙型避雷器無需考慮本身的電氣壽命問題，因此在進行輸電線路防雷設計的過程中，僅需要考慮避雷器的機械壽命，而避雷器本身出現機械故障，也不會影響線路的正常運行。

3.2 不平衡絕緣的合理運用

我國目前的特高壓輸電線路在架設過程中可以在同一桿塔上架設多回線路，這種設計方式，一方面可以使成本得到一定程度的控制，另一方面也可以使雷擊現象的產生得到有效的規避，從而避免了電網產生故障造成經濟損失。技術人員在進行線路架設過程中，可以在特高壓輸電線路中引入不平衡絕緣方式，這種絕緣方式可以使線路受到雷擊產生跳閘，從而使電網陷入暫時性故障的概率大大降低，可以極大程度的確保輸電線路的穩定性和可靠性，與我國的實際國情相符合。采用不平衡絕緣的目的是為了確保一定數量的線路絕緣體不同，從而使輸電網絡在雷擊的情況下絕緣體閃絡的情況得到控制，使輸電網絡在雷擊的情況下可以保持持續供電，而不至于發生故障。

3.3 防雷擊閃絡措施的應用

在進行1000kV特高壓輸電線路的防雷設計過程中，在正式設計之前，應該對當地的地理地貌展開詳細的調研，并且在實際的架設過程中，也要和周邊已建輸電線路的運行經驗相互結合，絕不能千篇一律的采用類似的設計方案。由于目前關于雷電的微觀特性，仍然沒有被人們所充分掌握，所以在特高壓線路輸電的設計過程中，仍然要對避雷器使用進行深入的研究，在線路的架設過程中也應該對邊坡和山頂地點的架空地線保護角進行詳細的設計和計算。另外，也可以在此基礎上設計防雷效果更加良好的新型桿塔。

3.4 地線保護角的適當減小

使線路繞擊跳閘的概率得到控制是實現特高壓輸電線路防雷擊效果改進的一個重要的方法。其中，輸電線路的防雷器效果與地線的屏蔽效果起到不可替代的作用，并且減少地線保護角也可以解決繞擊所帶來的輸電線路故障，實踐表明，這樣設計效果十分良好。但是在設計過程中需要注意的是，對于輸電線路來說，將地線的保護角減少，對其影響并不明確，仍需在科研上展開更加深入的內在機理研究。在選擇桿塔類型的過程中，即使輸電線路處于施工階段也仍然需要耗費大量的試驗成本，桿塔的應力與保護角的配合試驗過程中，會使更多的鋼材被消耗，從而使線路的建設成本直接提高。所以在這種情況下，必須對輸電線路保護角的可行性和合理性做出全面的考慮，在計算和設計完成以后再結合工程的實際特點進行施工。

4 結語

特高壓輸電線路的桿塔在架設過程中，一般距離地面的距離相對較高，這使得線路很容易在雷擊的作用下發生繞擊損害，所以在桿塔的頂部有針對性的設置避雷設備是必不可少的。另外，對于避雷線的機械強度和使用效果也要重視起來，不斷的在實際中積累經驗。綜上所述，在特高壓輸電線路的防雷工程設計過程中，如果想將雷電損害所造成的影響從根本上進行控制，必須將系統的運行方式和特高壓輸電線路的實際運行情況進行結合，從而確定出最佳的防雷效果設計方案，只有這樣才能夠使雷電所帶來的損害盡可能的最小化。