電網架空輸電線路差異化防雷研究

張杰

[摘? ? 要]由于電網架空輸電線路通常架設于山地、曠野和丘陵等地區，其相應的雷擊概率通常較高，在電網雷害事故中的占比較大，對電網的安全性造成了較大的影響，且嚴重威脅到供電的穩定性。本文通過分析架空輸電線路防雷的重要性入手，對造成雷電危害的主要原因進行分析，并闡述了架空輸電線路差異化防雷技術，以供借鑒。

[關鍵詞]電網;架空輸電線路;差異化;防雷技術

[中圖分類號]TM75 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–0–02

Research on Differentiated Lightning Protection of Power

Grid Overhead Transmission Lines

Zhang Jie

[Abstract]Because the power grid overhead transmission lines are usually erected in mountains， wilderness and hills， the corresponding lightning strike probability is usually high， which accounts for a relatively large proportion of lightning damage accidents in the power grid， causing a great impact on the safety of the power grid， and seriously threatens the stability of power supply.This paper analyzes the importance of lightning protection of overhead transmission lines， analyzes the main causes of lightning damage， and expounds the differentiated lightning protection technology of overhead transmission lines for reference.

[Keywords]power grid; overhead transmission lines; differentiation; lightning protection technology

雷害事故是目前對電網運行安全性以及穩定性影響最大的因素，在我國電網故障中占比較大，達到了40%～70%。而在歐美發達國家，也高達60%。雷害事故的發生嚴重威脅到了供電網絡的安全性，對國家的經濟發展有著重要的影響。為此，雷害事故的防治，備受各界關注，如何降低電網的雷害概率，也成了電力部門亟須研究的問題。

長時間以來，多數研究人員均提出了較多的防雷措施以及預防辦法，包括提高絕緣配置和降低接地電阻等。在早期，有相關研究人員提出利用避雷線來增大導線和避雷線的耦合系數，以降低感應電壓，繼而避免出現感應雷對電網造成的損害。在之后又開展了較多的研究，且基于研究成果以及試驗數據提出了更多關于雷電的參數以及相應的防雷措施，整體研究水平有所提升。但在我國大多數地區的電力設計與施工過程中，電網輸出線路的地理位置以及氣候條件等均存在一定的差異性，線路的設計難度大，假若采用相同的防雷技術和防雷設施，則無法適應不同的地形和氣候條件，從而使得輸電線路的雷害事故以及電網的故障率居高不下。如何結合實際地形和氣候條件進行線路防雷改造已成為電網架空輸電線路差異化防雷的重要研究方向。

1 架空輸電線路防雷的重要性

目前，造成我國輸電線路出現雷害事故的影響因素主要包括架設區域劇烈的雷電活動、不合理的輸電線路高度參數以及不合理的輸電線路設計等，均對輸電線路的穩定性有所影響。從我國實際情況出發，可以發現我國多數地區在雷雨季節出現的雷擊現象普遍較為嚴重，再加上我國目前輸電線路設計存在的較多問題，都導致我國部分地區的輸電線路極易遭受雷擊。

2 造成雷電危害的主要原因

2.1 架空輸電線路位于雷電高發區

雷害事故除具備不可預估性外，還受部分現實情況的影響。針對地理環境因素，輸電線路架設在海拔較高的雷電高發區內，則其發生的雷害概率較高。針對該類地區雷電危害，防治尤為重要。

2.2 輸電線路之間的配置問題

輸電線路受電流影響通常會存在一定的磁場，而雷電本身也具備一定的磁場。兩者磁場之間勢必會出現相互吸引或排斥的現象，輸電線路在地理環境以及氣候條件的影響下，其所具備的磁場也會發生一定的變化。尤其是輸電線路之間的配置問題，對輸電線路的磁場影響最大。以較為密集的輸電線路為例，該類輸電線路所伴有的磁場通常較大，相應出現雷擊事故的概率也更高。為此，為避免該類雷擊事故的發生，應加強控制輸電線路之間的配置。

3 架空輸電線路差異化防雷技術

3.1 參數設計

電網架空輸電線路差異化防雷技術的應用過程中，相關電力技術人員應首先采集統計實際架設地區的各類參數，經相關參數分析制定最優化的輸電線路差異化防雷方式，以確保輸電線路的安全性和穩定性。而具體的參數分析主要包括以下兩點：①采集輸電線路的走廊雷電參數，即利用雷電監測系統來監測所在地區的雷電情況，結合相關網格劃分，評估分析出該區域的雷電數據，包括閃電密度和雷電流幅值等，并以此為基礎了解線路架設地區在不同時間以及區域的雷電活動情況。②相關電力技術人員應采集線路特征參數，包括桿塔機構、走廊地形條件和線路組成情況等，以確保輸出線路差異化防雷的實現。

3.2 選擇合理的線路路徑

電網架空輸電線路差異化防雷技術的應用過程中，應選擇合理的輸電線路路徑，從而達到一定的防雷效果。由于輸電線路所經過區域的地理環境存在一定的差異性，其所受的雷擊概率也各不相同。經輸電線路雷擊事故的實際情況，可以發現，大部分雷擊事故均集中于線路的某些區域中。為此，應對該類區域的特點進行綜合分析，在實際架設過程中盡可能地避免該類區域，在不可避免的情況下盡可能地對線路采取保護措施，從而確保輸電線路的穩定性和安全性。經相關數據統計分析，輸電線路出現雷擊概率較高的區域通常位于地勢較高的區域中且周圍林木密度較大，如山區風口位置、河谷位置、潮濕盆地位置、土壤電阻率突發位置以及地下水位較高位置等。為此，在實際輸電線路架設過程中應盡可能地避開該類區域，假若無法避開，則應加強防護措施。

3.3 安裝線路避雷器

該項防雷措施是基于原有線路，加裝避雷器。其原理為安裝避雷器后的輸電線路在遭受雷擊時，其產生的雷電流的分流會有所不同，部分雷電流隨避雷線傳入相鄰桿塔，部分雷電流則通過塔體進入地下。假若雷電流的數值超過一定范圍，則避雷針動作加入分流。通常大多數雷電流經避雷器流入導線傳入相鄰桿塔。雷電流在經過避雷線和導線時，受導線之間的電磁感應作用，會在導線和避雷線上產生耦合分量。由于避雷器的分流量遠多于從避雷線中分流的雷電流，該類分流的耦合作用使得導線電位升高，致使導線和塔頂之間的電位差低于絕緣子串的閃絡電壓，從而避免出現絕緣子閃絡的情況。為此，安裝線路避雷器具備較好的鉗電位作用，防雷效果較為顯著。

適合安裝避雷器的線路通常需滿足以下幾種情況：①地閃密度Ng∈[5，7.98]的山區線路，避雷器通常安裝于距離超過600 m的桿塔或前后直線塔;②地閃密度Ng∈[2.78，58]且坡度超過25°或地閃密度Ng∈[5，7.98]且坡度超多30°的線路桿塔，避雷器通常安裝于外坡側邊;③地閃密度Ng∈[2.78，5]的重要山區線路或Ng∈[5，7.98]的一般山區線路，且該類線路的接地電阻R處于20 ?～100 ?。一般情況下，35 kV和110 kV的線路避雷器安裝于三相絕緣子串旁，220 kV的避雷器則安裝于一回路線路的三相絕緣子串旁。

3.4 安裝并聯間隙

安裝并聯間隙后輸電線路具備一定的雷擊跳閘率，經間隙裝置和絕緣子串并聯，對雷擊閃絡進行定位，疏導工頻電弧，防止絕緣子受損，該種方式雖然有雷擊閃絡，但重合閘有效。針對重要輸電線路的架設則不適合安裝并聯間隙。安裝并聯間隙應盡可能地選擇雷區等級高于C2級的一般線路桿塔。雙間線路應盡可能地選擇安裝并聯間隙，且安裝應首選絕緣水平較低的一回。500 kV同塔雙回耐張塔不適合安裝并聯間隙;220 kV和110 kV同塔雙回的安裝并聯間隙，則只能為上相安裝。

3.5 安裝絕緣配置

針對多種電壓的輸電線路利用不平衡的高絕緣防雷措施，能有效降低輸電線路的多回間跳閘率，繼而最大限度地避免線路遭受雷擊。不超過220 kV的同塔多回線路，與其他回路的絕緣水平相比，其存在較高絕緣水平的回路要高出15 %。為此，滿足條件的輸電線路應安裝絕緣配置。此外，安裝絕緣配置的作用主要在于提高輸電線路的絕緣性。在實際輸電線路的絕緣配置安裝過程中，通常是采用增加絕緣子的數量來達到提高輸電線路的抗雷擊效果。

3.6 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻，即雷擊電流經桿塔傳入大地，再傳至相鄰桿塔遇到的電阻，其數值大小直接反映出了桿塔和大地之間的接觸情況。而降低桿塔接地電阻，則能有效降低反擊雷對輸電線路造成的損壞。該種防雷措施適用于地閃密度Ng∈[2.78，5]、Ng∈[5，7.98]以及其以上的重要輸電線路。一旦輸電線路經接地電阻改造后，則桿塔不得與接地線的接地電阻相連。另外，在雷電高發季節，桿塔的接地電阻值應小于表1數值。

當地閃密度Ng是其他值的輸電線路經接地電阻改造后，其接地電阻值應小于表2數值。

其中，一旦地電阻率超過2 000 ?·m后，桿塔的接地電阻值很難達到30 ?。通常情況下，重要桿塔的接地電阻不得超過10 ?，一般桿塔的接地電阻不得超過12 ?。此外，在降低桿塔接地電阻時，嚴禁作業人員采用化學降阻劑等其他化學方式進行降阻。

3.7 架設耦合地線

耦合地線是位于輸電線路下方或附近的架空地線，通常用于一般輸電線路，具備較強的雷擊分流效果。架設耦合地線能大幅度地降低輸電線路的雷擊率，主要應用于桿塔接地電阻降低難度較大的輸電線路。通過架設耦合地線的方式來增強避雷設備和輸電導線之間的耦合作用，繼而降低絕緣子串間的過電壓，以達到降低雷擊率的目的。

在以往的電網架空輸電線路安裝過程中，由于對雷電規律的了解并不多，對輸電線路造成影響的因素的認知也較為不足，缺乏前期的風險評估，使得輸電線路的防雷措施都大同小異，且整體成本投入較大，效果卻微乎其微。現階段，隨著各項技術的不斷完善和成熟，以及對雷電規律的深入了解，在實際架設過程中為降低雷害事故，應結合實際線路情況制定相應的防雷措施。而差異化防雷技術的應用則能有效地解決以往存在的缺陷和不足，降低成本的同時也能提高線路的防雷水平，具備較高的應用價值。

4 結束語

針對架空輸電線路存在的線路較長和分布較廣的特性，以及其架設區域通常位于山地、曠野和丘陵等地區，使得其遭受雷擊的概率較高。經相關數據統計分析，雷擊是影響我國電網供電穩定性和安全性的主要因素之一，為確保我國供電的穩定性，在實際電網架空輸電線路的安裝過程中，相關技術人員應密切結合當地區域的實際地理情況以及氣候條件，制定最優化的布置方案，合理采用差異化防雷技術，最大程度保障電網供電的安全穩定性。

參考文獻

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