浅谈输电线路的防雷保护与措施

刘洋

摘 要：本文通过对输电线路遭受雷击，感应雷过电压、直击雷过电压形成的机理以及不同雷击所产生的不同效果的阐述，有针对性地提出了降低杆塔接地电阻、安装线路避雷器、提高线路绝缘配合、架设避雷线、增设耦合地线等输电线路的防雷措施，以提高输电线路耐雷水平，降低输电线路的雷击跳闸率。

关键词：输电线路；防雷措施；过电压

中图分类号： TM726 文献标识码：A

在电力系统中，输电线路的防雷问题较为突出。电网因雷电引起的故障占有相当大的比例，基本上2/3的输电线路故障是由于雷击造成的。特别是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的山区，雷击输电线路而引起的故障率更高，影响供电安全与可靠性，造成较大的经济损失及社会影响。因此，我们必须采取措施做好线路的防雷工作，提高输电线路的耐雷水平，降低线路跳闸率，保证输电网安全可靠运行。

1 输电线路雷击过电压

输电线路雷击过电压一般有两种：感应雷过电压和直击雷过电压。

1.1 感应雷过电压

当雷电击于线路附近大地时，由于雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在线路上产生感应过电压，包括静电分量和电磁分量。

1.1.1 导线上方无避雷线时的感应雷过电压

当雷击点距线路距离大于65m时，由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值I一般不超过100kA。实测证明，感应过电压一般不超过300～400kV，对35kV线路U50%放电电压为360kV，所以感应雷对35kV及以下水泥杆线路会引起一定的闪络事故；对110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，7片绝缘子U50%放电电压为750kV左右，所以一般不会引起闪络事故。

1.1.2 导线上方有避雷线时的感应雷过电压

当雷电击于架设有避雷线的导线附近大地时，因避雷线的屏蔽效应，导线上的感应电荷减少，导线上的感应过电压就会降低，而且耦合系数越大，导线上的感应过电压越低。

1.2 直击雷过电压

近几年，雁江供电公司输电线路雷害事故情况统计，线路跳闸、绝缘击穿、导线断股断线等主要由直击雷过电压引起。 输电线路遭受直击雷可分为三种情况：雷击杆塔塔顶、雷击避雷线档距中央、雷绕过避雷线击于导线。

1.2.1 雷击杆塔塔顶

雷击杆塔前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上感应正电荷；当雷击塔顶时，雷电通道中的负电荷与杆塔及架空地线上的正感应电荷迅速中和形成雷电流，雷击瞬间自塔顶有一负雷电波沿杆塔向下运行，另有两个相同的负电流波通过避雷线向两侧相邻杆塔运行。同时杆顶有一正雷电波沿雷电通道向上运行，该波数值上与三个负电流之和相等，线路绝缘上的过电压就由这几个雷电流波引起。

当绝缘子串上的电压超过线路绝缘水平U50%时，导线与杆塔之间就会发生闪络，这是由于接地的杆塔和避雷线电位升高所引起，此类闪络即为“反击”。为减少反击，必须提高线路耐雷水平，相关规程的雷击杆塔时耐雷水平为：35kV：20-30kA；110kV：40-75kA； 220kV：80-120kA；330kV：100-150kA；500kV：125-175kA。实际工作中常常以降低杆塔接地电阻和提高耦合系数作为主要手段。

1.2.2 雷击于避雷线档距中央

当雷击于避雷线档距中央时，雷电波沿避雷线向杆塔两端运行，造成的后果比雷击塔顶的情况要小。当雷击过电压的幅值超过空气间隙距离的击穿电压时，空气间隙击穿就会造成短路事故。

1.2.3 雷绕过避雷线击于导线 或直接击于导线

部分雷绕过避雷线直接击中导线，虽然绕击的概率较低，但因直接击中导线，导致线路绝缘子上的雷电过电压值很高，因而发生事故几率也高。依据我国现行相关标准，35kV、110kV、220kV、330kV、500kV线路的绕击耐雷水平分别为3.5kA、7kA、13kA、16kA、27.4kA，该值比雷击杆塔的耐雷水平小得多。绕击率随保护角度的减小而下降，要提高绕击线路时的耐雷水平，可降低避雷线的保护角。

2 输电线路的防雷措施

2.1输电线路防雷基本原则

2.1.1保护导线不受或少受雷击，可采用架设避雷线、避雷针或采用电缆

2.1.2雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络。因此需提高线路的耐雷水平或线路的绝缘水平。可采用降低接地电阻和增设避雷器。

2.1.3当绝缘发生闪络时，减少由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率，因而减少雷击跳闸率，所以应减少绝缘上的工频电场强度。

2.1.4即使跳闸了，但不中断电力供应，可采用自动重合闸或采用双回及环网供电。

2.2 降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻是最直接、最有效的防雷措施之一。接地电阻阻值的高低是影响杆塔顶电位高低的关键性因素。杆塔接地电阻如果过大，雷击时易使杆塔顶电位升高，对线路产生反击。若接地电阻满足要求，则雷电波侵入时，绝大多数雷电流将沿着杆塔泄导入大地，不致破坏线路绝缘，从而保证线路的安全运行。

雁江公司每年对所有输电线路接地电阻进行测试，对电阻不合格地网进行整改；每年对部分输电线路杆塔接地网进行开挖检查，对腐蚀程度超过规定的一律进行整改；根据反措要求，将所有杆塔从杆顶用圆钢与地网连通，保证雷电流泄放通道畅通。通过以上降阻措施，提高了线路耐雷水平，减少了反击发生。

2.3 装设线路避雷器

线路避雷器是近年来用作架空输电线路加强防雷保护较为有效的方法，在防止反击和绕击导线后对绝缘子造成的冲击闪络方面均有很好的效果。对于雷电活动特别频繁区域，应广泛使用线路避雷器。它与绝缘子串并联在杆塔上，因其残压低于绝缘子串的50%冲击闪络电压，因此，当杆塔和导线电位超过避雷器的动作电压时，避雷器就加大分流，保证绝缘子不闪络。

避雷器的选型，10kV、35kV线路由于间隙不易实现绝缘配合，采用带脱离器的无间隙避雷器，通过脱离器动作达到免维护，避雷器故障损坏后，脱离器会迅速动作，将故障避雷器从输电系统中退出，及时消除系统永久接地并为故障避雷器提供明显标识。110kV及以上电压等级线路选择采用带间隙的线路避雷器，正常工作时，90%的压降在间隙上，10%的压降在阀片，阀片上的荷电率低，阀片不易老化，从而达到免维护的目的。

雁江供电公司属于丘陵地带，雷电活动频繁，35kV东大线#30-#37杆属于易受雷击去，据2005-2011年该线路雷击资料显示，此段经常发生雷击掉串及雷击断线事故。在2005年发生了#33-#34杆雷击断线事故，于是在#34杆安装3只避雷器，但过后的几年#33、#35杆仍然发生了雷击事故，通过分析，由于#34杆安装的避雷器只能保护本基杆塔及杆塔左右档距，并不能保护相邻杆塔，而该杆塔土壤电阻率较，可能引起下一基绕击，为此该段线路需多基连续安装。2011年7月又在#33、#35杆分别安装避雷器，至今该段线路未发生过雷击跳闸事故。

至2014年，雁江公司已安装各类避雷器64组，防雷效果明显，尤其在2012年13条输电线路未发生雷击跳闸故障，2014年仅发生一次雷击跳闸故障。

2.4 架设避雷线

在输电线路防雷保护中，效率最高的方法就是架设避雷线，不但能够避免导线遭雷直击，避雷线还具有下述作用：屏蔽导线，减小导线上感应过电压；耦合导线作用控制线路绝缘子电压；分流能够降低塔顶电位，并降低流过杆塔的雷击电流，避免线路发生闪络。一般全线架设避雷线的方式应用于110kV电压等级以上的输电线路，220kV及以上线路应沿全线架设双避雷线，两根避雷线间的距离不应超过导线与避雷线间垂直距离的5倍。保护角一般取20°～30°，330kV及220kV一般采用20°左右，500kV一般不大于15°。

2.5 架设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可以在导线下方增加一条架空地线，称为耦合地线。其作用是增加避雷线与导线间的耦合作用以降低绝缘子串上的电压；此外，耦合地线还可以使该基杆塔地网与相邻杆段的地网得到良好的连接，相当于埋设了连续伸长接地体，增加对雷电流的分流作用。运行经验表明，耦合地线对减少雷击跳闸率效果是显著的，一些经常遭受雷击的线路在加装了耦合地线后，线路雷击跳闸率降低40-50%左右。。

2.6 采用不平衡绝缘方式

在高压及超高压线路中，同杆架设的双回线路较多，当采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率。不平衡绝缘的原则是使二回路的绝缘子串片数有差异，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回导线的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平使之不发生闪络以保证另一回路导线可继续供电。

2.7装设自动重合闸

由于雷击造成的闪络大多能在跳闸后自行恢复绝缘性能，所以重合闸成功率较高，据统计，我国110kV及以上高压线路重合闸成功率为75%～90%；35kV及以下线路约为50%～80%。因此，各级电压的线路应尽量装设自动重合闸。

2.8 加强绝缘

绝缘子的性能直接影响到线路的耐雷水平。对运行中的绝缘子应按规程要求定期对零值绝缘子进行检测，对不合格的应及时进行更换，并对绝缘子的劣化情况进行统计、分析，确保线路绝缘子始终满足运行要求。

对于一些雷击频繁地区，可采取一些有针对性的措施，适当加强线路的绝缘配合，以提高其耐雷水平，通常情况下110kV线路单串悬垂绝缘子串的绝缘子为7片，单串耐张绝缘子串的绝缘子为8片，正常情况下均能满足防雷要求。但为了进一步增强线路的耐雷水平，提高绝缘子串的50%冲击闪络电压值，每串绝缘子串可适当增加1片。实践证明，一些增加了1片绝缘子的线路投入运行后，耐雷水平大大增强，很少发生雷击跳闸事故。

对高杆塔，规程规定，全高超过40m有避雷线的杆塔，每增高10m应增加一片绝缘子，全高超过100m的杆塔，绝缘子数量应根据运行经验通过计算确定。

2.9 应用雷电定位系统

雷电定位系统是一种雷电实时监测系统。当线路发生雷击跳闸时，雷电定位系统能准确定位雷击杆塔，帮助巡线人员及时查找故障点，大大节省故障查找时间，使线路及时恢复供电。同时，通过对雷电定位系统的雷电数据统计分析，能及时掌握雷电活动的规律、特性和有关数据，对于今后的防雷工作有指导意义。

结语

输电线路发生雷击跳闸的原因是多方面的，要做好线路的防雷工作，在采取防雷措施前要认真分析线路遭受雷击的原因，可利用雷电定位系统，对线路走廊的雷电活动进行统计分析，考虑地形地貌的影响，特别是水域、大跨越、大斜坡、矿区的影响，同时要结合历年线路跳闸情况，根据运行经验以及系统运行方式等，指导防雷工作开展，通过比较选取合理可行的防雷措施，才有可能降低线路跳闸率，将雷害带来的损失降到最小，以保证线路的安全可靠运行。

参考文献

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