高压输电线路综合防雷措施及其技术特点分析

郑 辉

（国网银川供电公司，宁夏 银川750011）

0 引言

实践表明，雷击输电线路造成线路跳闸停电，在电网的总事故中占很大比例。同时，雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入变电所、发电厂，又是造成其主要电气设备绝缘损坏的重要因素。因此为了采取经济、合理的防雷措施，以提高输电线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率，保障电力系统的正常运行，应全面考虑线路的重要程度、电压等级、负荷性质、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱及其地形地貌特征、杆塔所在地土壤电阻率高低等条件，并结合当地已有线路的运行经验，进行全面的技术经济比较，从而确定出合理的保护方案。

1 合理选择输电线路路径

大量运行经验表明，线路遭受雷击往往集中于线路的某些路段。我们称之为选择性雷击区，或称为易击区，线路若能避开易击区，或对易击区线段加强保护，则是防止雷害的根本措施，实践表明，下列地段易遭受雷击：

1）雷暴走廊，如山区风口及顺风的河谷和峡谷等处；

2）四周是山区的潮湿盆地，如铁塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处；

3）土壤电阻率有突变的地带，如地质断层地带、岩石与土壤、山坡与稻田的交界处，岩石山脚下有小河的山谷等地，雷易击于低土壤电阻率处；

4）地下有导电性矿的地面和地下水位较高处；

5）当土壤电阻率差别不大时，例如有良好的土层和植被的山丘，雷易击于突出的山顶，山的向阳坡等。

2 架设避雷线

2.1 架设避雷线

通常来说，线路电压越高，采用架设避雷线的方法效果越好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也越低（一般不超过线路总造价的10%）。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，避免雷电绕过避雷线而直接击中导线，即减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°-30°，220kV双避雷线线路应做到20°左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下，山区宜采用更小的保护角。但是随着避雷线保护角的减小，避雷线与导线的耦合也会随之增加，耦合损失也会不断增加，因此，对避雷线保护角的确定应当权衡绕击率与耦合损耗二者，采用最经济的保护角。另外，杆塔上两根地线间的距离，不应超过导线与地线间垂直距离的5倍。

为了起到保护作用，避雷线应在每基铁塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上，正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减少这一损耗，同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道,可将避雷线经过一个小间隙对地（铁塔）绝缘起来。雷击时，间隙被击穿，使避雷线接地。

2.2 采用绝缘避雷线防雷

输电线路的避雷线除用作防雷外，还有多方面的的综合作用，如实现载波通信；降低不对称短路时的工频电压、减小潜供电流；作为屏蔽线以降低电力线对通信线路的干扰等。按照用途之不同，避雷线悬挂方式有两种，一种是直接悬挂于铁塔上，另一种是经过绝缘子与铁塔相连，即使避雷线对地绝缘。

由于避雷线至各相导线的距离一般不相等，它们之间的互感就有些差别，因此，尽管在正常情况下三相导线上的负荷电流是平衡的，但在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。如果避雷线逐杆接地，这个电动势就要产生电流，其结果就增加了线路的电能损失。

3 降低杆塔接地电阻

杆塔接地电阻是影响塔顶电位的重要参数,对于一般高度的杆塔,当杆塔型号、尺寸与绝缘子型号和数量确定后，降低杆塔接地电阻对提高架空送电线路耐雷水平、减少反击概率是非常有效的。

避雷线与塔脚电阻相配合，在雷击时能够起到大幅度的降压作用，故而对110kV及以上的混凝土杆塔或铁塔线路，是一种最有效的防护措施，尤其在电阻率ρ≤300Ωm的土壤中，降低接地电阻较易，经济投资小。计算表明：杆塔接地电阻每增加10-20?，雷击跳闸率将会增加50%-100%。

4 增设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，耦合地线是架设于输电线路相导线下的接地导线，它的作用主要有以下两个方面：

1）加强避雷线与导线间的耦合，从而减小绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量；

2）增加了雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。

运行经验表明：耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山区的输电线路其效果更明显。我国曾对110kV和220kV有避雷线线路采用过加装耦合地线的做法。

5 提高绝缘等级，采用不平衡绝缘方式

6 安装线路型避雷器

线路避雷器的防雷效果只对安装点起保护作用，完全达到防雷效果需全线安装线路避雷器，投资巨大，在线路的部分杆塔上安装线路避雷器，如果选点不合适就达不到应有的保护效果，通常都是在遭受雷击严重的部分杆塔点处装设线路避雷器。因此，为

在所有防雷措施中，采用不平衡绝缘和加强绝缘是最经济、也是最容易实现的。增大绝缘时的效果，一是，提高了绝缘水平，从而提高了反击和绕击的耐雷水平；二是，降低了建弧率；三是，减少了保护角。由于大跨越、高杆塔线路雷击过电压高于一般线路段，为降低其跳闸率，可加大大跨越档距导线与避雷线之间的间距，或者增加线路绝缘子串的片数，以加强绝缘。

在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回线路日益增多。但因此类线路导线垂直排列，杆塔较高，线路反击耐雷水平一般比同电压等级、导线水平排列的线路要低。国内外此种线路的运行经验表明，会产生同塔双回线路的绝缘子相继反击的现象，从而造成双回路同时跳闸，对于同杆架设的双回路线路，其绝缘子串的片数应有所差别，其目的是：在雷击时绝缘子串片数少的回路先发生闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路的耦合作用，可降低其绝缘子串上的过电压，提高了线路的耐雷水平，使之不发生闪络，保证另一回线路可避免在使用线路避雷器时的盲目性，必须掌握线路的运行现状及重要性，加强针对性和技术经济比较，有针对性的安装线路避雷器。

7 装设自动重合闸装置

由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国110kV及以上的高压线路重合闸成功率达75%-95%，35kV及以下的线路成功率约为50%-80%。根据规程《继电保护和安全自动装置技术规程（GB/T14285-2006）》要求：“3kV及以上架空线路及电缆、架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入装置时，应装设自动重合闸装置。”加装线路自动重合闸作为线路防雷的一种有效措施，在线路正常运行中和保证供电可靠性上都发挥了积极的作用，但应对瞬时故障加强巡视、分析和判断，并及时予以查清处理，防止给线路安全运行遗留隐患。

8 结束语

总之，输电线路和电网雷电防护是一项长期工作，随着线路规模扩大，电网结构复杂，以及气候变化、雷电活动频繁，电网雷害事故明显增多，加强雷电参数及线路防雷分析，开展防雷改造、采取有效的防雷措施显得特别重要。

［1］张纬钹.电力系统过电压及绝缘配合[M].北京：清华大学出版社,1988.

［2］何平，篮磊.关于架空线路感应过电压的计算问题[J].高电压技术，1999，25(2)：25-31.