论电力工程高压送电线路防雷设计研究

摘要：本文从提高送电线路耐雷水平入手，结合高压送电线路雷击闪络跳闸产生的原因，在进行送电线路设计时，针对雷击情况，提出了相应防雷设计思路。

关键词：送电线路；雷击跳闸；气象条件；设计原则；

中图分类号：TU856文献标识码： A 文章编号：

前言

在多雷地区，雷击已成为造成送电线路故障的主要原因，因此送电线路的防雷保护设计是送电线路设计阶段必须考虑的一个首要因素，防雷保护设计的主要任务就是提高线路的耐雷水平及减少雷击跳闸率。对于送电线路来讲，雷击跳闸一直是影响高压送电线路供电可靠性的重要因素。进行高压送电线路设计时要全面考虑，综合分析每一条线路的具体情况，通过可靠性、经济性比较，选取有针对性的防雷设计技术措施，以达到提高供电可靠性的目的。

1、设计的原则

高压送电线路防雷保护首先要从高压送电线路自身的特点出发，结合高压送电线路沿线的气象、地形、地貌及土壤状况，采用合理的防雷保护措施。目前国内外在雷电防护手段上并没有出现根本的变化，很大程度上要依赖传统的技术措施，这些措施，只要运用得好，仍然是可以信赖的。对已投运的线路，应结合地区雷电活动的特点，对雷电事故发生的原因做出正确的评价，找出可能存在薄弱环节或缺陷，因地制宜地采取措施。

2、雷击跳闸分析

雷击高压送电线路主要分为两种形式：绕击和反击。无论是绕击还是反击，均能引起高压送电线路跳闸事故，其中主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压送电线路各种防雷措施都有其针对性，因此，在进行高压送电线路设计时，我们选择防雷方式首先要明确高压送电线路遭受雷击跳闸的原因。

2.1绕击跳闸成因分析

雷电的发展过程完全是随机性的，世界上对雷电的认识研究还有诸多未知成分，但国内外运行经验统计表明，高压送电线路雷击跳闸的多以绕击雷为主。根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。通常按如下经验公式计算绕击率：

平原线路 山区线路

山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区设计送电线路时不可避免会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节。

2.2反击跳闸成因分析

雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，即Uj ＞ U50%时，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值叫耐雷水平，通常按如下公式计算：

由以上公式可以看出，降低杆塔接地电阻Rsu、提高耦合系数k、减小分流系数β、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际设计中，我们着重考虑降低杆塔接地电阻Rsu和提高耦合系数k的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。

3、高压送电线路设计防雷措施

清楚了送电线路雷击跳闸的发生原因，我们就可以有针对性的对设计中送电线路经过的不同地段，不同地理位置的杆塔采取相应的防雷措施，以取的较好的防雷效果。

(1) 加强高压送电线路的绝缘水平。高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比，加强高压送电线路的绝缘水平是提高送电线路耐雷水平，减少雷击跳闸率最直接的方法。我们在设计高压线路时，应根据雷电活动的强弱情况，对多雷区及强雷区的送电线路，恰当增加绝缘串的干弧距离，多采用有较好耐弧烧伤性能及不易老化的优质玻璃绝缘子，对同塔双回路送电线路采用平衡高绝缘配置，这些都能有效提高送电线路的耐雷水平。

(2) 降低杆塔的接地电阻。高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段，特别是减少反击雷引起的跳闸率，有着非常明显的效果。但降低杆塔的接地电阻，满足不了防绕击雷的目的。

(3) 减小地线对导线的保护角。雷电的绕击率与地线对边导线的保护角有着直接的关系，国外内的运行经验表明：保护角越小，绕击率越低，保护角越大，绕击率越高。根据计算，当保护角大于20度时，雷电绕击就会明显增加。国家电网公司及南方电网公司最新的企业标准均明确规定，220千伏高压送电线路地线对边导线的保护角不得大于0度。

(4) 架设耦合地线。在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段，可以增设耦合地线。加挂耦合线虽然不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用和耦合作用，从而提高高压送电线路的耐雷水平。

(5) 恰当运用线路避雷器。对于采取上述防雷措施后，雷击跳闸依然比较频繁的地段，可考虑安装线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。根据实际运行经验，在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器可达到很好的避雷效果。但由于装设避雷器投资较大，设计新建线路中较少使用。

4、其它方面

作为设计部门，我们在进行送电线路设计时还应注意以下几点：

(1) 到气象部门及防雷部门收集充分的、准确的雷电活动资料，认真分析高压送电线路所在区域的雷电活动特点。

(2) 在选择高压送电线路路径时，应尽量避开雷电多发区及对防雷不利的地形。

(3) 在选择防雷方式时也要充分考虑本地区的防雷经验及特点，综合使用的各种防雷方法。

(4) 对于雷击多发区尽量减少大档距、高跨越塔的使用。

(5) 加强接地装置的施工监理，做好接地装置的验收工作，抽查接地体的埋深是否符合规程的要求，射线长度是否达到设计的长度，接地体与接地引下线是否有可靠的电气连接，这些都是保证杆塔可靠防雷基础。

(6) 对运行中发现容易遭受雷击的线路，检查接地装置是否腐蚀，接地电阻是否增大，对接地电阻不能满足要求的，要尽快进行改造，减少雷击事故。

(7) 变电站内装设可靠性高的自动重合闸装置

5、结束语

在分析了雷电跳闸机理及如何运用好防雷技术措施的基础上，我们认为雷电活动是小概率事件，随机性强，要做好高压送电线路的防雷工作，就必须抓住其关键点。综上所述，为防止和减少雷害故障，设计中我们要全面考虑高压送电线路经过地区雷电活动强弱程度、地形地貌特点、气象条件和土壤电阻率的高低等情况，还要结合原有高压送电线路运行经验以及系统运行方式等，通过比较选取合理的防雷设计，提高高压送电线路的耐雷水平。雷电活动是一个复杂的自然现象，需要电力系统内各个部门的通力合作，才能尽量减少雷害的发生，将雷害带来的损失降低到最低限度。

参考文献：

[1]《电力工程高压送电线路设计手册》 .北京:中国电力出版社.

[2]《高电压技术》 .北京:中国电力出版社.

[3]DL/T 5092-1999,《110～500kV架空送电线路设计技术规程》.