架空輸電線路的防雷設計

文/屈志堅

架空輸電線路大多較長，且沿線經過山嶺、丘陵、跨越河流、湖泊，在雷電活動頻繁地區(qū)，遭受雷擊的機率較高。雷擊架空輸電線路引起跳閘是最常見的雷害事故，不但影響電力系統(tǒng)的正常供電，增加線路及開關的維護工作，而且由于輸電線路上落雷，雷電波會沿線路侵入變電站，若變電站設備保護措施不完善或失靈，往往會損壞站內設備的絕緣，造成重大損失。為此，在輸電線路的設計中必須重視防雷設計，通過采取綜合的防雷措施，以提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率，確保線路和站內設備的安全運行，進而提高電網供電可靠性。

1 雷害事故發(fā)生的原因

輸電線路發(fā)生雷害事故主要有雷電繞擊閃絡、反擊閃絡兩種原因。分析雷害事故發(fā)生的原因，有助于針對性地實施防雷對策。

1.1 雷電繞擊閃絡

輸電線路一般均架設避雷線以保護導線免遭雷擊，但并非絕對有效，仍存在雷電繞過避雷線擊中導線的情況。由于雷電直接擊中導線，導線上的雷擊過電壓值很高，當過電壓值超過線路絕緣的耐受電壓水平，則會發(fā)生沖擊閃絡，引起跳閘，這種閃絡稱為雷電繞擊閃絡。從線路遭受雷擊的情況看，雖然繞擊的概率很低，但由于導線上的雷擊過電壓值很高，所以因繞擊發(fā)生的跳閘事故占雷擊跳閘事故的比例超過60%。

1.2 雷電反擊閃絡

雷擊避雷線檔距中央時，雷電流迅速向兩側運動，經桿塔和接地體流入大地。為避免檔距中央雷擊過電壓擊穿空氣間隙，閃擊至導線上造成跳閘事故，設計時應保證在檔距中央，導線與避雷線間的距離S≥0.012L+1m（L為檔距，單位m；氣溫+15℃，無風、無冰）；雷擊桿塔頂部時，雷電流一部分經桿塔和接地體流入大地，另一部分經避雷線向兩側運動，通過其它桿塔和接地體流入大地。

上述兩種雷擊情況，強大的雷電流經桿塔和接地體流入大地時，因桿塔電感和沖擊接地電阻的原因，使塔頂電位升高，當塔頂電位與相導線的感應電位差超過線路絕緣子串的50%沖擊放電值時，導線與桿塔之間就會發(fā)生閃絡，引起跳閘，這種閃絡稱為雷電反擊閃絡。

2 防雷設計原則

輸電線路的防雷設計，應根據線路的電壓、負荷性質和系統(tǒng)運行方式，結合當地已有線路的運行經驗，地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌特點及土壤電阻率高低等情況，通過技術經濟比較，確定合理的防雷方式。

3 具體防雷措施

3.1 選擇合理的線路路徑

選擇合理的線路路徑，可減少線路遭受雷擊的概率，大幅降低雷擊事故的發(fā)生率。突兀高聳的山脊、大片水域、金屬礦藏、高雷暴日地區(qū)往往是雷電多發(fā)區(qū)域，選擇線路路徑時，應盡量避開這些區(qū)域。但是，不同路徑的建設成本也不盡相同，因此需綜合考慮。

3.2 架設避雷線

架設避雷線是輸電線路最基本、最有效的防雷措施。架設避雷線主要是避免雷電直接擊打在導線上，降低雷擊事故發(fā)生率，同時還具有減少雷電反擊閃絡發(fā)生的作用，具體原理為：

（1）分流減小流經桿塔的雷電流，降低塔頂電位；

（2）使導線產生藕合電壓，減小線路絕緣子串兩側的電位差。

不同電壓等級的輸電線路，對避雷線配置的要求有所不同。設計規(guī)范規(guī)定，110kV輸電線路宜沿全線架設地線，220kV～330kV輸電線路應沿全線架設地線，500kV～750kV輸電線路應沿全線架設雙地線。同時，為了提高避雷線的屏蔽效果，減少雷電繞過避雷線擊中導線的發(fā)生率，桿塔上避雷線對導線的保護角應滿足設計規(guī)范7.0.14條的規(guī)定。

3.3 加強線路絕緣

加強線路絕緣可以通過增加絕緣子串的片數來實現。線路絕緣水平的提高意味著引起反擊閃絡的塔頂允許電位值提高，所以線路絕緣水平的提高可以減少雷電反擊閃絡發(fā)生的概率。但是絕緣子片數增加受塔頭電氣間隙的限制，過多地增加絕緣子片數會導致直線桿塔水平檔距減小，造成耐張桿塔外角側跳線對塔身的安全距離不足。加大塔頭設計尺寸可解決這些問題，但會增加建設成本，為此需慎重考慮。

3.4 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻直接影響塔頂電位，通過降低桿塔接地電阻可以提高輸電線路的耐雷水平，減少雷電反擊閃絡的概率。另外，降低桿塔接地電阻還可以提高線路避雷器的泄流速度，有效發(fā)揮線路避雷器的防雷作用。可以說，“防雷在于接地”，降低桿塔接地電阻是輸電線路防雷的重要措施，是防雷工作的重點。

傳統(tǒng)的桿塔接地方案大多是采用水平敷設熱鍍鋅圓鋼或結合垂直接地角鋼的方式，對于土壤電阻率高的桿塔位通過換土、使用化學降阻劑降低接地電阻值。但化學降阻劑容易腐蝕接地網、污染環(huán)境、降阻穩(wěn)定性差，已被很多供電部門明文禁止使用。近年開發(fā)的非金屬接地模塊和石墨基柔性接地體等新型接地材料具有抗腐蝕、免維護、施工簡單快捷、降阻穩(wěn)定性好、效果顯著等特點，已逐步獲得推廣運用。

3.5 裝設線路避雷器

常見的線路避雷器為金屬氧化鋅避雷器，分帶串聯間隙型和無間隙型兩種。線路避雷器與導線絕緣子串并聯安裝，在工頻電壓下呈現很高的電阻，當線路導線遭到雷擊時，傳導至避雷器的雷擊過電壓一旦超過避雷器的啟動電壓，避雷器就會啟動泄流，迅速地降低導線上的雷擊過電壓值，雷擊過電壓值下降至一定數值后避雷器又呈現高電阻狀態(tài)，并停止泄流。因為避雷器的啟動電壓和雷擊放電后的殘壓均低于絕緣子串的閃絡電壓，所以只要避雷器的泄流速度足夠快、泄流持續(xù)時間足夠短，就能保證絕緣子串不閃絡，避免發(fā)生雷電繞擊閃絡現象。由此可見，安裝線路避雷器是一種非常有效的防雷措施。但是，避雷器需要運行維護且價格較高，實際工程中一般是針對易遭受雷擊的地段，安裝適當數量的線路避雷器。

4 結語

架空輸電線路的防雷措施具有多樣性和針對性，輸電線路的防雷設計要認真做好調查分析工作，結合工程的實際情況，合理劃分各區(qū)段的防護等級，差異化配置防雷措施，只有這樣才能制定出技術可靠、經濟合理的防雷保護方案，為電網安全運行保駕護航。