试议高压输电线路防雷技术

郭佳　赵红艳

【摘 要】随着国家经济的发展，电网事业也不断的发展，电网事业对国家发展的重要性也越来越突出，在电网规模的不断扩大中，架空输电线路的雷击跳闸一直是困扰输电线路安全的一个难题，雷害事故几乎占线路全部跳闸事故的1/3甚至更高，给人们生产、生活安全带来了一定的影响。因此，寻求更有效的线路防雷保护措施，一直是世界各国电力工作者关注的课题。本文就高压输电线路防雷技术进行研究。

【关键词】高压；输电线路；防雷技术

0.前言

按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。从发展过程看，输电电压等级大约以两倍的关系增长。当发电量增至4倍左右时，即出现一个新的更高的电压等级。通常将35～220KV的输电线路称为高压线路（HV），330～750KV的输电线路称为超高压线路（EHV），750KV以上的输电线路称为特高压线路（UHV）。目前为止，国内大部分输电线路还是为高压输电，下面就浅谈高压输电线路的防雷研究。

1.高压输电线路雷击情况

（1）高压输电线路雷击原因 雷电是一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。当雷击在高压输电线路的杆塔上时，雷电经过杆塔建立可以供电传输的放电通道，击穿线路绝缘，使整条高压输电线路跳闸，这是高压输电线路受雷击的原因。雷击主要是通过大地的感应电荷通道建立起放电荷通道并和雷云中的一种电荷相互中和形成的。从中可以看出，雷击与接地装置有着紧密的关系。

（2）高压输电线路雷击现状 目前，世界范围内的雷击事故频繁，危害很大，遭雷击而跳闸的事故高，占输电线路雷击跳闸事故的60%以上。就输电线路的电压等级而言，电压等级越高，遭雷击的可能性就越高，危害也就越大。过去很长时期，架空输电线路进入变电站建筑物的地网处理一般是与主接地网相连，未考虑直击雷泄流通道，在遭雷击的时候危害很大，绝缘设备恢复慢，可能造成整条输电线路跳闸。

2.高压输电线路雷击隐患

（1）绝缘子的使用问题 当前，输电线路上使用的绝缘子主要有陶瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子和棒式合成绝缘子。它们在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个作用必须得到保证，绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。由于悬式瓷绝缘子在线路运行中将出现零值绝缘子，该串绝缘子将成为过电压的薄弱点，易发生闪络击穿；钢化玻璃绝缘子受雷电过电压后爆裂出现“裸串”或掉串的现象时有发生；合成绝缘子则在运行过程中因机械作用也出现过掉串现象，且也存在绝缘老化隐患。因此，绝缘子的合理使用也成为电力工作者的重要研究课题之一。

（2）杆塔存在的隐患问题 杆塔是架空输电线路中用来支撑输电线的支撑物，其多由钢材或钢筋混凝土制成，输电线路中钢筋砼杆主要通过内部钢筋与横担、接地装置接地。由于钢筋砼杆经过长时间运行后，水泥杆将出现裂纹、风化现象，当遭受雷电直击时，闪电瞬间通过杆内钢筋产生过热会引发水泥杆爆裂，或者雷电通过拉线，就会引起拉线发热、机械强度下降的现象发生，将会引发倒杆事故。

（3）避雷线防雷的局限性 避雷线又称架空地线，主要用于线路的防雷，110-220KV线路一般沿全线架设双避雷线。当雷击输电线时，在导线上产生强大的过电压，避雷线可以遮住导线，使雷尽量击在避雷线本身上，并通过杆塔金属部分使雷电流入大地。避雷线防雷效果与保护角有关，避雷线保护角是指避雷线悬挂点与被保护导线之间的连线，与避雷线悬挂点铅垂方向的夹角。为防止雷电直击于线路，高压输电线路一般都架设避雷线，但避雷线对导线的防护并非绝对有效，存在着雷电绕击导线的可能性。

（4）接地装置存在的问题 接地装置是指接地电极与埋设在地下的接地网连接起来的设备。线路的接地装置存在的问题主要有两种，一种是通过地网的腐蚀而存在的，其原因主要是电化学腐蚀的作用，它与杆塔地网的土壤结构和有关；另一种与接地体的施工质量有关，接地线的埋深、接地线敷设长度、绕弯等都会直接影响接地装置电阻。

3.高压输电线路防雷技术的措施

（1）降低杆塔接地电阻 输电线路防雷技术有效的实施之一就是降低接地电阻，高压输电线路耐雷水平随杆塔接地电阻的增加而降低。电压等级越高，降低杆塔接地电阻的作用将变得更加重要。牢固连接杆塔与地线的良好接触就可以保证雷击电流顺利通过接地装置流入大地。一方面，要确保架空地线、接地引下线、地网相互之间的良好接触和连接牢固；另一方面，严格把关接地装置施工质量，使接地电阻符合设计要求；再者，对高电阻率土壤考虑使用降阻剂，改善接地电阻，降阻剂是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之间，它能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流流通面，迅速把雷电流引入大地。

（2）线路装设避雷器 架设地线是高压输电线路防雷措施中最基本的措施之一，其主要的目的就是防止雷直接击中导线。实践证明，雷电绕击导线的概率与避雷线的保护角有关，所以架空送电线路设计规程规定：500kV为10°～15°，220kV为20°，110kV为25°～30°，多雷地区采用零保护角杆塔所取得效果出正在评估之中。

避雷线的架设在一定程度上降低了导线直击雷的发生，但线路上的雷电绕击和感应过电压无法完全消除，这就要考虑在多雷区或易受雷击的线路杆塔上安装避雷器，通过线路杆塔上的避雷器与接地线的连接来将雷电流泄放到大地，从而限制过电压，保障输电线路及设备的安全；在输电线路进入变电站挂点的线路侧加装1 组相应电压等级的避雷器，可以直接将线路上的过电压或残余过电压的电流泄放到大地，有效地防止雷电流侵入电站设备，确保设备安全。

（3）架设耦合地线 当降低杆塔的接地电阻有困难的时候，即采用在导线下面架设地线的方法，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。运行经验证明，这的这一效果非常显著。耦合地线可以有效的降低杆塔绝缘所承受的电压，是线路的防雷水平得到提高。特别是在土壤电阻率较低的地区运用耦合线，可以保证耦合线和导线之间的距离，有效的防治大风，减少覆冰或是化冰对其的影响，减少其与耦合线接触产生的短路现象及引起雷击杆塔破坏导线事故的发生。

（4）选取合理的绝缘方式 要减少多雷区或高杆塔地段线路被雷击中的次数，减少绕击的电流值，就要加强绝缘配合。当普通的防雷措施不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式可避免双回线路在遭受雷击时同时跳闸。其原理是两回路的绝缘子片数（或绝缘爬距）不同，遇到雷击情况时，绝缘子片数少（或绝缘爬距低）的一回路先闪络，闪络后的导线相当于避雷线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不发生闪络，保持供电可靠性。所以，高压架空输电线路选取合适的绝缘配合，值得我们认真研究和探讨。

雷电活动是一种复杂的大自然现象，目前没有哪种防雷措施能够起到绝对防雷作用，高压电路防雷技术的合理设计，将会减少或是降低雷击的跳闸率。为大幅度降低或消除雷害事故，必须在实践中探索，不断积累运行经验，完善高压输电线路的防雷措施，采取更有效的防雷措施。我国当前的防雷技术还不够成熟，如何有效的降低或是消除雷电事故，仍需要继续研究探索，并不断的总结经验数据，使高压输电线路防雷技术更加完善。 [科]