输电线路防雷措施及新技术研究

李健

（1.湖北工业大学电子与电气工程学院，湖北武汉430068；2.国网重庆合川区供电有限责任公司，重庆合川401520）



输电线路防雷措施及新技术研究

李健1，2

（1.湖北工业大学电子与电气工程学院，湖北武汉430068；2.国网重庆合川区供电有限责任公司，重庆合川401520）

首先介绍了输电线路防雷的发展趋势和雷击放电的分类，其次提出了输电防雷的措施以及新技术，为进一步提升输电线路防雷水平提供参考。

雷击放电；避雷针；接地电阻；防雷保护

1　输电线路防雷的发展趋势

输电线路防雷由于其本身的重要性，在历史发展过程中经历了很多弯路，积累了很多经验。1930年以前，主要以感应雷为主导的防雷系统。在最初的电网发展中，输电线路电压等级较低，其雷电事故主要以感应雷为主，因此在线路上安装了地线，从而减少感应过电压。这条地线挂在相线下面，起到了很好的耦合地线的作用。

第二个阶段，人们开始意识到直击雷的危害，截至1950年，为防止直击雷，雷电参数在这一时期有了很大的提高和系统归纳总结。期间，美国建成了220 kV高压输电线路，防雷技术得以促进和发展，伴随传输线的电压等级的进一步增加，绝缘水平在原有基础上也大大改进了，所以人们逐渐认识到，直击雷才是雷击事故的主要来源。

第三阶段是由传统计算方法的争论引起的，同时对数据进行了重新评估，其是源于美国345 kV线路的故障。该阶段极大推进输电防雷研究进度，促使理论分析与现场测试相结合，并在新认识中逐步累积经验。下一个阶段就是1962年至今，这一阶段作为一个模拟试验和现场实测相结合的阶段，人们在概率统计的方法和计算机的集成使用等方面有了很大的改进。

为了加强线路可靠性，进一步减少雷击跳闸率，研究表明，仅仅采用传统的防雷措施是不够的，对于已采用防雷技术但是效率不明显的地区，或无法使用传统的防雷技术领域，从以下几个方面入手，第一是利用多边针系统，对于那些已经运行了避雷线的线路防雷，应安装侧避雷针，这在一定程度上降低了雷击。塔顶安装多针系统相当于把塔头附近的避雷线向外延伸，也能进一步减少绕击。然后是线路避雷器的应用，随着避雷器在电网中日益重要的作用，国内外对其的研究也日益深入。与传统避雷技术相比，避雷器并联于线路绝缘子两端，对于常规防雷技术进行了有效补充和加深，尤其在那些雷电活动频发的地区和杆塔接地电阻降低有困难的地区。

2　雷击放电的分类

雷击放电分为感应雷和分直击雷，直击雷过电压是杆塔、避雷线或线路被雷电直接击中而引起的过电压。感应雷过电压是大地、线路相互之间的感应而形成的电压。

1）感应雷过电压。根据静电感应原理，线路被周围的雷云逐步接近时，后在线路上感应出部分束缚电荷，而且与雷云的电荷一样，最后都会漏入地球，而绝缘中性点的电荷也会经由线路泄露漏入大地。2）直击雷过电压。根据统计，线路跳闸主要都是因为直接雷击过电压造成的。导线或杆塔被雷击时，会产生比绝缘子串冲击放电电压还要高的感应过电压，这很容易降低供电的可靠性，甚至引发线路事故。直击雷根据雷击形式发生的可能性不同，又分为三类，分别是绕击导线、直击避雷线和直击杆塔。

3　输电线路防雷措施

1）合理选择路径。在选择线路前，应该对输电线路通道的土壤电阻率、雷电活动和地质地貌等进行充分地实地考察，力争在前期规划和图纸设计时就尽量避开容易遭受雷击的地区。对于输电线路通道必须要经过的易受雷击地段，一定要加强防雷保护和绝缘保护。2）架设避雷线。架设避雷线可以分流减小杆塔顶端的电位、与导线耦合降低绝缘子两端的电位差以及对导线屏蔽降低导线感应过电压。为了减小绕击率，避雷线保护角一般在20°～30°，500 kV及以上线路保护角小于15°，对于某些特殊线路或线路段，保护角甚至可能采取负角。3）降低杆塔接地电阻。对于所有等级线路，耐雷水平与接地电阻成反比。土壤电阻率在100～300Ω·m，采用自然接地和人工接地均可。这极大地降低了跳闸率。土壤电阻率大于2 000Ω·m，可采用特殊接地装置或延长接地装置。降低接地电阻的方法有使用降阻剂、采外引接地和伸长水平接地体等，其中使用降阻剂是一种常用有效的方法。4）架设耦合地线。当降低接地电阻很难实现时，可以通过在导线底部架设耦合地线措施提高防雷性能。同时它与导线、避雷线的耦合会使得两端电压降低，从而提高了防雷性能。同时，耦合地线进一步降低塔顶电位。5）采用自动重合闸装置。永久性的绝缘损伤大部分情况下，都不会是因为雷电冲击闪络造成的，因为空气绝缘水平可以迅速恢复。因此，采用自动重合闸装置对提升供电可靠性和及时恢复供电有十分积极的作用。国内线路重合闸成功率110 kV及以上最高达90%，35 kV及以下达75%。

4　输电线路防雷的新技术

1）同塔双回线路采用差绝缘防雷。研究发现可以使用差绝缘的方式来提高雷击情况下的供电可靠性。差绝缘就是在同一条件下，绝缘子较少的回路首先发生闪络。闪络后，导线与完好的线路相互耦合，会对耐雷水平有所提升，从而保证了供电的可靠性。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。2）线路避雷器防雷保护。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；还有就是在一些难以实现降低接地电阻的地方，当一般的防雷保护难以满足要求时，可以考虑安装线路避雷器的方法来防雷，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，避雷器动作将雷电流通过导线传播到相邻的铁塔上。3）半导体消雷器。半导体消雷器也是近年来最新研制的防雷手段，它不仅能降低雷电流的幅值，而且在一定程度上可以减小陡度。它是由5～19根半导体针组成。4）可控放电避雷针。可控放电避雷针因其具有很大的引雷能力和较大的保护角，能够有效降低输电线绕击率等优势，所以值得广泛应用于高压输电路防雷。同时，可控放电避雷针的还具有放电电流幅值小、陡度低的特征。依据输电线路的耐雷水平，110～500 kV的输电线路不发生跳闸而承受雷击电流。

（编辑：王璐）

Research on Transmission Line Lightning Protection and New Technology

Li Jian1，2
（1.School of Electronic and Electrical Engineering，Hubei University，Wuhan Hubei430068；2.State Grid Chongqing Hechuan Power Co.，Ltd.，Hechuan Chongqing 401520）

This paper introduces the development trend of transmission line lightning and lightning discharges classification，followed by the proposed transmission lightning protection measures and new technologies in order to further enhance the level of transmission line lightning protection，provide a reference.

lightning discharge；lightning rod；grounding resistance；lightning protection

TM 862

A

2095-0748（2015）23-0033-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.14

2015-10-28

李健（1972—），男，重庆合川人，本科，助理工程师，研究方向：电气工程自动化管理。