输电线路防雷技术研究

曾林

摘 要：输电线路是整个电力系统的大动脉，是输送电能的主要通道。然而输电线因其暴露在几十米的高空，雷击是其面临的一大重要问题，它将会对整个电力系统的稳定性和送电可靠性造成巨大影响。雷击跳闸率和耐雷水平是衡量我国输电线防雷技术的重要指标。文章对防雷的意义作出分析，介绍了防雷水平的计算方法，对目前的输电线路防雷技术进行了研究，最后提出了安装线路型避雷器、架设避雷线、采用不对称绝缘、降低接地电阻等有效地提高输电线防雷水平的措施。

关键词：输电线路；防雷水平；雷击跳闸率；耐雷水平

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0132-02

1 输电线路防雷的意义

电力系统输电线一般是裸露的架设在离地20～60 m的空中，铺设距离长，跨度广。它联通我国各个省市的发电厂和用电负荷中心，是输送电力的主要通道，也是国民的经济命脉。但是其突出于地面其他物体且具有良好的导电性能，很容易遭受雷电的入侵。一方面造成输电线绝缘子闪络或爆炸，对输电线绝缘水平造成永久性损伤，形成单相或多相接地短路故障，引起继电保护和断路器的触动。另一方面雷电波可能沿输电线入侵变电站或发电厂，将会对变压器发电机等大型设备造成难以修复的损伤，引起大面积的断电。无论哪种情况都会对人民的生活和企业的生产造成巨大的影响和损失。因此，输电线路的防雷具有远大重要的意义。

2 我国防雷技术现状

我国输电线路的防雷技术水平总体上处于世界较为先进的水平，防雷技术水平主要的衡量指标是：雷击跳闸率和耐雷水平。雷击跳闸率是指全年折算成40个雷电日的情况下100 km输电线路上由于雷击造成的跳闸次数。耐雷水平是指：在雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位为kA。雷击跳闸率包括雷击杆塔时的跳闸率和雷绕击导线时的跳闸率，他们是衡量线路防雷性能的综合性指标。其计算公式如下：

雷击杆塔时的跳闸率

n1=Ng×δ×η×P1（次/l00 km·40雷电日）

雷绕击导线时的跳闸率

n2=Ng×Pa×η×P2（次/100 km·40雷电日）

其中：Ng表示在40个雷电日下每百公里线路上雷击杆塔的次数；P1为雷电电流的幅值大于雷击塔顶的耐雷水平 I1的概率；P2为雷击导线时雷电流超过耐雷水平I2的概率；η为建弧率；δ为击塔率；Pa为线路绕击率。

根据以上内容可知，输电线路总的雷击跳闸率应为雷击杆塔时的跳闸率与雷绕击导线时的跳闸率之和（n=n1+n2）。

在我国，目前35 kV及以上电压等级的输电线路上基本都实现了架设避雷线，110 kV及以上电压等级沿线路全线架设，330 kV及以上电压等级的输电线路更是全线架设双避雷线。避雷线的保护角度一般取在20～30？觷，在变电所和发电厂的进线段处以及500 kV及以上电压等级的超高压、特高压线路避雷线的保护角在15？觷及以下。对指定的绝缘子片在不同电压等级的输电线路使用片数也做出了明确的规定：以X-4.5型绝缘子为基准，35 kV电压等级输电线路使用3片，110 kV电压等级输电线路使用7片，220 kV电压等级输电线路使用13片，500 kV电压等级输电线路使用28片。

3 提高防雷水平的措施

雷电过电压主要分为感应雷过电压和直击雷过电压。感应雷过电压是指累计线路附近大地，由电磁感应在导线上产生的过电压，一般只对35 kV以下线路有威胁。直击雷过电压包括雷直击杆塔或避雷线造成的反击和雷直击导线造成的绕击。为了有效地减少雷电过电压对电力系统造成巨大的损失，有必要采取一些有用的措施来提高输电线路的防雷技术水平。本文在考虑系统运行方式、线路电压等级以及重要程度等因素后，提出以下几种基本的防雷措施和补充措施。

3.1 合理选择路径

根据实地考察整个输电线路所通过的路线区域内的雷电活动强度、地质地形地貌特点、土壤电阻率等自然条件，在前期规划时就避开山区风口和顺风河谷等雷暴走廊、土壤电阻率有突变的地带以及地下有导电性矿产的地面等易遭受雷击的地段。如果实在不能避免，则要对该易遭受雷击的区段加强绝缘保护和防雷保护。

3.2 架设避雷线

避雷线是用来防止雷直击导线的基本措施之一，同时避雷线可以分流减小杆塔顶端的电位、对导线屏蔽降低导线感应过电压，并且能与导线耦合降低绝缘子两端的电位差。避雷线的保护角一般取在20～30？觷，500 kV及以上线路保护角小于15？觷，目的是为了降低绕击率，对于某些特殊线路或线路段，保护角甚至有可能取为负角度。

超高压线路常将避雷线通过一个小间隙接地，通过这种方式来降低正常运行时避雷线中感应电流的附加损耗并利用避雷线兼作高频通道。这样正常运行时避雷线对地绝缘，雷击时与地相连，起来避雷线应有的作用。

3.3 降低杆塔接地电阻

规程规定土壤电阻率在100～300 Ωm的地区，除自然接地外，还应设人工接地装置。在土壤电阻率在300～2 000 Ωm的地区，一般采用水平敷设的接地装置。在土壤电阻率大于2 000 Ωm的地区，采用放射形接地体或连续伸长接地体。在高土壤电阻率地区，如在铁塔基础附近有土壤电阻率较低的地带，可部分采用引外接地与放射形接地装置相结合的方式。此外，还可以采用接地电阻降阻剂、爆破接地技术、多支外引式接地装置以及伸长水平接地体等方式来降低杆塔接地电阻，其中使用降阻剂是相对常用而且有效的方法。在降低高土壤电阻率地区接地电阻时，应根据当地原有运行经验、气候状况、地形地貌特点和土壤电阻率的高低等情况，综合分析，采用合适的方法来降低杆塔接地电阻。

3.4 架设耦合地线

当遇到采用降低杆塔接地电阻十分困难的情况时，一般可以在导线下方架设耦合地线从而来提高防雷水平。，用以增加避雷线与导线之间的耦合作用，降低绝缘子串上的过电压，从而达到降低线路断路器雷击跳闸率的目的。同时，耦合地线也可以增加对雷电流的分流作用，进一步降低杆塔顶端的电位。运行经验证明，这的这一效果非常显著。

3.5 采用不对称绝缘

现代输电线线路中为了减少输电线占用的土地资源，越来越多的使用了同塔双回输电线的架设方式。对于此类输电线，可以使用不对称绝缘的方式来提高雷击情况下的供电可靠性。不对称绝缘是指同电压等级的两回输电线路的绝缘子串数不相同，在雷击情况下绝缘子串片数少的一回输电线路先闪络。闪络后，该回导线接地，相当于地线并与另一回未闪络的输电线耦合，进而提高其耐雷水平，保证供电的可靠性。两回输电线绝缘子串片数的差异应根据各方面技术经济比较来决定，一般提倡两回输电线路的绝缘水平差异为1.73倍的相电压峰值。

3.6 安装线路型避雷器

避雷线并不能使绕击率降为零，并且在特别大的雷电过电压情况下，反击发生的概率也非常大，在线路上安装管型避雷器能很好地免除线路绝缘冲击闪络，并能使建弧率减为零，从根本上降低雷击跳闸率。当雷击避雷线或导线时，沿线的避雷器动作，将雷电流通过导线传播到相邻的铁塔上，在雷电流通过避雷线和导线时，由于耦合作用提高了导线电位，减小了导线和塔顶之间的电位差。

3.7 采用自动重合闸装置

一般的雷电冲击闪络不会产生永久性的绝缘损伤，空气具有自恢复的功能，在闪络发生后很快就会自动恢复为绝缘介质，因此，使用自动重合闸对供电可靠性和及时恢复供电有极大大的帮助。在我国，110 kV及以上的高压线路重合闸成功率达一般在75%～95%之间，35 kV及以下的线路成功率一般在50%～80%之间。由于雷击闪络一般为单相闪络，故一般采用单相的自动重合闸装置即可。

4 结 语

输电线路是整个电力系统的大动脉，是输送电能的唯一通道。保证输电线路不因雷击造成短路接地以及跳闸等故障影响电力系统的供电可靠性和稳定性是输电线路防雷技术研究的重要课题。充分利用现有的各种运行数据和积累的气候资料，经常总结现有的防雷保护工作经验，结合现有的几种防雷措施，寻找更加有效、经济实惠的新措施是输电线路防雷技术的发展方向。

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