对架空输电线路防雷技术措施的阐述

【摘要】本文就输电线路雷击原理、雷击线路的形式及区分原则作了分析，最后提出了输电线路防雷相关的技术措施。

【关键词】输电线路；雷击原理；雷击形式；防雷措施

1.雷击原理

由大气中的雷云对架空输电线路放电引起的过电压成为雷电过电压。根据雷电过电压形成的物理过程，输电线路上出现的雷电过电压主要有两种，即为感应雷电过电压和直击雷电过电压。

1.1 感应雷电过电压

雷闪击中输电线路附近地面，在放电过程中由于电磁感应和静电感应的作用，在未直接遭受雷击的输电线路上感应出的过电压称为雷电感应过电压。据资料显示，感应过电压峰值最大可达300—400kV。对于35kV及以下线路，可能造成绝缘闪络，但对于110kV及以上线路，由于其自身耐雷水平较高，一般不会引起闪络。

1.2 直击雷电过电压

雷闪直接击中输电线路设备（杆塔、避雷线或导线）而引起的过电压称为直击雷电过电压。按照雷击线路设备的不同部位，直击雷电过电压可分为3种：一是雷击线路杆塔或避雷线，造成塔顶电位升高，对导线发生闪络，使导线出现过电压，即反击；二是雷电绕过避雷线直接击中导线，在导线引起的过电压，即绕击；三是雷击避雷线档距中央且与导线发生闪络引起跳闸。

由于雷击避雷线档距中央造成线路跳闸的情况较为少见，因此直击雷的防护主要是针对反击和绕击。

2.输电线路雷击闪络类型分析及区分原则

2.1 输电线路雷击闪络类型分析

2.1.1 雷击杆塔或者架空地线即当雷电流通过杆塔向大地释放雷电流时，由于杆塔存在波阻抗，造成杆塔顶部电位升高，使绝缘子挂点侧的电位高于导线侧，形成电位差，当这个电位差大于绝缘子闪络电压时造成绝缘子闪络。

这种绝缘子闪络被称为反击闪络。造成绝缘子闪络的原因主要与雷电流大小、杆塔型式、接地电阻、绝缘子空气间隙及闪络电压有关。一般用杆塔的反击耐雷水平进行描述。

2.1.2 雷击输电线路导线时，雷电流在导线上传输，雷电流能量一般通过导线上的电晕损失，与相邻导线的耦合作用消减雷电波波峰。但在导线上传输过程中，由于导线波阻抗的存在，在导线上形成一个雷电流引起的高电位，当雷电流通过绝缘子串并高于绝缘子冲击闪络电压时，绝缘子闪络。

这种绝缘子闪络被称为绕击闪络。造成绝缘子闪络的原因主要与雷电流大小、绝缘子空气间隙及闪络电压有关。一般用杆塔的绕击耐雷水平进行描述。

2.2 输电线路雷击闪络区分的一般性原则

区分雷电绕击闪络与雷电反击闪络的一般性原则见表1。

3.输电线路防雷措施

做好输电线路防雷工作，应从两方面入手：一是管理措施；二是技术防范措施。

3.1 管理措施

3.1.1 按照源头控制、超前预防的原则，严把新线路投运关

运行维护单位应提前参与新建、技改线路的规划、方案的制定和审查，从源头上确保各项技术措施的落实，对于新投产的线路，做好线路的验收工作，主要抽查接地体的埋深、规格、阻值等是否符合规程和的要求，并建立原始技术台账，确保新建线路零缺陷移交。

3.1.2 加强高压输电线路的运行维护

运行维护单位应确保线路走廊和通道符合规程要求，对线路绝缘子自爆、导地线滑移等缺陷进行及时消除，根据季节的变化、结合秋检、冬检、周期巡视、特殊巡视等方法，逐渐摸清或划定雷电易击点杆塔和多雷区段区域，建立数据库，认真总结、统计、分析线路历年雷害故障及防雷措施应用效果，结合线路历年运行经验和沿线地形、地貌、地质、地势，找出变化规律和趋势，有针对性采取措施。

3.2 技术防范措施

3.2.1 降低绕击跳闸率的措施

对于等级为110～220kV输电线路绕击，目前采取的方法主要有减小避雷线保护角，架设旁路架空地线，可控放电避雷针和加装线路避雷器。

（1）减少输电线路保护角

减小保护角是国内外公认的降低输电线路绕击跳闸率的最直接有效的措施，实际运行经验也表明小保护角的输电线路绕击跳闸率要低一些。对老输电线路进行改造时，虽然减小保护角可以直接有效地降低输电线路的雷击跳闸率，但是改造工程复杂、施工周期长、费用高，总体经济性不高。对于新建线路，应用减小保护角技术只需对杆塔重新设计，不需对线路进行额外改造。

DL/T620标准中推荐的保护角已不能满足当今的电网发展的要求，一般建议平原地区线路的单回路保护角采用0°～5°，同杆双回线采用0°～—5°山区单回线保护角可采取0°～—5°，双回路采用—8°～—10°。

（2）架设旁路架空地线

输电线路的屏蔽系统由避雷线、杆塔和大地三者构成，输电线路发生绕击跳闸事故可归咎于屏蔽系统的引雷能力不够。针对具体情况，增强某一屏蔽体的引雷能力，可有效地防止绕击跳闸事故的发生。架设旁路架空地线是专门用来增强大地的引雷能力，减少雷电绕击的一种新的防雷手段。

（3）可控放电避雷针

由于线路弧垂使得线路档距中间段保护角小于近杆塔段，因此，近杆塔段线路发生绕击的概率大于档距中央段线路。在杆塔上安装避雷针后，将杆塔附近的落雷吸引至杆塔顶部的避雷针上，雷电流通过杆塔流入大地，达到屏蔽近区线路的目的，减少线路受雷电绕击的概率。但是杆塔上加装避雷针后，大电流雷击的概率增大，增加了雷击塔顶反击的机会。

（4）线路避雷器

线路避雷器与绝缘子串并联安装，其主要原理是当雷电绕击线路产生过电压后，避雷器能够可靠动作，限制过电压在线路绝缘子串的闪络电压以下，切断工频电弧，避免了线路雷击闪络的单相接地故障，线路两端开关不会因线路遭受雷击而跳闸，线路避雷器对于雷击塔顶的反击和线路的直击均有较好的防护效果，目前在国内电力系统中得到广泛应用。

3.2.2 降低反击跳闸率的措施

防止输电线路反击跳闸的主要措施是降低杆塔接地电阻，其他措施还有安装线路型氧化锌避雷器、平衡高绝缘、架设耦合地线以及加装塔顶拉线。

（1）降低接地电阻

输电线路防雷性能的优劣，主要用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。根据规程规定，输电线路的杆塔耐雷水平应达到其进线段耐雷水平的2/3以上，因此，接地电阻值也应保持相对较低的水平。

如220kV线路进线段耐雷水平应达到110kA，一般线段也应达到75kA以上；110kV线路进线段耐雷水平应达到75kA，一般线段也应达到40kA以上。表2是根据常规的计算分析方式得出的双地线保护线路对接地装置的基本要求。

表2中数据表明，在双地线保护的情况下，要达到较为满意的耐雷水平，110～500kV线路进线段的接地电阻都应控制在5～10Ω之间，一般线段也应控制在5～20Ω之间，尤其是110～220kV线路，对接地电阻的要求更高，否则线路就很难达到基本的耐雷水平。

计算表明，对于单地线的输电线路，由于架空地线的耦合系数偏小，在同样接地电阻情况下，其耐雷水平要低25%左右，即使达到表1中的接地电阻要求，也不易满足所需的耐雷水平。

显然，无论是110kV还是500kV等级，接地电阻的大小都是影响线路耐雷水平的关键因素。因此，必须改进接地装置，并尽可能降低接地电阻。

（2）架设耦合地线

在降低接地电阻困难时，架设耦合地线对于降低线路雷击跳闸率的效果是比较明显的，尤其是山区输电线路，可根据具体条件采用。耦合地线的主要作用有：

①对各相导线间的屏蔽耦合作用增大，使绝缘子串电压降低，等值波阻抗减少，因而耐雷水平提高。

②对雷击杆塔雷电流的分流作用增加，使塔顶电位降低。架设耦合地线的缺点是施工困难，受地形条件限制，增加线路运行电能损耗，还有可能需要砍伐树木。

（3）平衡高绝缘

平衡高绝缘即在线路两侧同时增加相同数量的绝缘子片数。这一方法可以显著的增加线路的反击耐雷水平，但是对于已建成的线路，此方法的可行性不高。

（4）同塔双回路不平衡绝缘配置

对于同塔双回路架设线路，常常会出现双回路同时雷击闪络跳闸，对电网的安全危害极大。如使两回线的绝缘子片数或长度有所差异，雷击时，片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于耦合地线，增加了对另一回导线的耦合作用，减少了双回线同时闪络跳闸的概率。

（5）加装塔顶拉线

加装塔顶拉线的作用也是增加分流作用，使得通过杆塔入地的电流减少，从而提高输电线路的反击耐雷水平。由于要考虑塔顶拉线与导线之间的安全距离，因此加装塔顶拉线只有在特殊的地形条件下才可采用，占地面积较大，并且还需要敷设塔顶拉线的接地装置，另外需要考虑拉线在地面附近的腐蚀问题。由于以上一些原因的限制，目前仅在一些山区有少量的应用。

（6）安装线路型氧化锌避雷器

线路避雷器也可用在线路防反击上，装设线路避雷器后，线路能够耐受的雷电流超过安装前线路的耐雷水平，从而提高了线路的反击耐雷水平。降低安装处杆塔的雷击跳闸率，提高供电可靠性。但其缺点是保护范围小，适用于在一些频繁跳闸的易击点或易击段。

（7）使用并联间隙

并联间隙技术是利用在绝缘子串两端并联一对金属电极构成间隙，使雷击线路时闪络发生在该间隙处，从而保护绝缘子串免受电弧灼烧的一种输电线路防雷技术。

4.结语

架空输电线路遭受雷击时有发生，但雷击属于小概率事件，杜绝线路雷击跳闸仍为世界性难题。因此，线路防雷技术人员在实际工作中，应坚持“预防为主、综合治理”的原则，根据输电线路在电网中的重要程度、线路走廊雷电活动强度、地形地貌及线路结构等差异和雷击形式，有针对性地开展线路综合防雷措施，进一步提高输电线路防雷技术及管理水平。

参考文献

[1]余力，李和国.架空输电线路的防雷与接地[J]江西电力，2010（2）.