输电线路防雷电设计

【摘 要】输电线路在雷电天气条件下，受危害甚大，易造成输电电压波动大，甚至造成电线烧坏。本文在研究雷击放电原理基础上，阐述了在输电过程中防雷设计对输电正常运行的重要意义,剖析了电力系统中,如何避免雷击，防止雷击跳闸率，减少雷电对电网安全运行影响。

【关键词】输电线路；防雷设计；雷电放电；雷电压；雷电流

前 言

随着全球气候异常状况的加剧，雷电活动也异常频繁。雷害作为主要影响因素之一（雷击是造成输电线路跳闸停电事故的主要原因，在电力系统非计划停运中，雷电事故一般占30%以上，有的地区甚至达到80％以上），对电力安全传送的影响及危害非常大。输电线路雷害事故引起的跳闸，不但影响电力系统的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且由于输电线路上落雷，雷电波还会沿线路侵入变电所。

1.线路避雷器防雷的基本原理

当杆塔被雷电击时，雷引发的电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。

雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为：Ut=iRd+L.di/dt

式中i――雷电流；Rd――冲击接地电阻；L.di/dt――暂态分量。

当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1＞U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um＞U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。

2.输电线路雷电防护装置

2.1接闪器

接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。接闪器的金属杆称为避雷针，主要用于保护露天变配电设备和建筑物；接闪器的金属线称为避雷线或架空地线，主要用于保护输电线路；接闪器的金属带、金属网称为避雷带、避雷网，主要用于保护建筑物。它们都是利用其高出被保护物体的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击。

2.2避雷器

避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器一般装在各段母线和架空线的进口处。避雷器的主要类型有阀型避雷器，排气式避雷器，金属氧化物避雷器，和保护间隙。

2.3消雷器

消雷器是一种新型的防雷设备，它通过一直放电的形成条件或利用电晕电流中和效应，去中和掉雷云电荷中的一部分，使雷云电场达不到放电极限，从而防止雷击发生。

3.输电线路防雷措施

加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。

以往输电线路防雷主要采用降低塔体接地电阻的方法，在平原地带相对较容易，对于山区杆塔，则往往在4个塔脚部位采用较长的辐射地线或打深井加降阻剂，以增加地线与土壤的接触面积降低电阻率，在工频状态下接地电阻会有所下降。但遭受雷击时，因接地线过长会有较大的附加电感值，雷电过电压的暂态分量L.di/dt会加在塔体电位上，使塔顶电位大大提高，更容易造成塔体与绝缘子串的闪络，反而使线路的耐雷水平下降。因为线路避雷器具有钳电位作用，对接地电阻要求不太严格，对山区线路防雷比较容易实现。

（1）降低杆塔接地电阻对提高线路反击耐雷水平效果非常明显。

（2）弧垂是影响线路耐雷水平的一个重要因素，线路耐雷水平会随着弧垂的增大而逐渐降低，对于大档距线段，不能简单地只考虑工频接地电阻值是否满足规程要求，还必须校验其反击耐雷水平。

（3）规程上雷击跳闸率和绕击率计算公式显得比较笼统，对于地处恶劣山区的线路实际上没有太多的参考意义。

（4）地形的变化是形成绕击区的主要原因，对于位于大斜坡上的杆塔，不能只用满足规定的保护角来确定防雷方式，还应把杆塔保护角与临界保护角相比较，来判定杆塔是否存在绕击区，这样更有利于线路防绕击性能的分析。

（5）线路防雷用金属氧化锌避雷器可以防止雷击塔顶和雷绕击导线后绝缘子的冲击闪络，但是其防雷效果主要取决于氧化锌避雷器其本身的稳定性能。

（6）线路各种防雷措施都有其针对性，在选择线路的防雷方式时必须先找出线路遭雷击跳闸原因，然后采取相应的防雷措施，只有这样才能在防雷保护上取得真正的实效。

在确定输电线路的防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特征、土壤电阻率的高低等条件，并结合当地已有的线路的运行经验，进行全面的技术经济比较，从而确定出合理的保护措施。现有的输电线路防雷保护措施一般有以下各项.

（1）合理选择输电线路路径；（2）架设避雷线；（3）降低杆塔接地电阻；（4）安装线路避雷器；（5）架设耦合地线；（6）采用中性点非有效接地方式；（7）装设自动从合闸装置；（8）合理选择输电线路绝缘配合.