输电线路防雷击措施和方法

陈昌铎，郑建欣

(河南工业职业技术学院，河南 南阳 473000)

输电线路防雷击措施和方法

陈昌铎，郑建欣

(河南工业职业技术学院，河南 南阳 473000)

输电线路是电网的重要组成部分，由于其暴露在野外，长期受到外界恶劣环境的影响，很容易遭受雷击而发生故障，影响供电安全，严重时将会导致大面积停电事故。因此，采取有效可行的线路防雷击措施，对确保输电线路的安全、稳定、经济运行非常重要。文章分析了输电线路的防雷击措施。

输电线路；防雷击；避雷器；闪络

雷电不仅会使绝缘子发生闪络或击穿，有时还会引起导线断线等事故。

雷电电压高达数百万伏，瞬间电流可高达十万安。电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致供电中断。雷击经常引起双回路同时停电，20%～30%的输电线路故障发生在双输电线路。

我国雷电分布特点是：夏季多于春秋季，陆地多于海洋，山区多于平原，南方多于北方。据电网故障防雷统计表明，在我国跳闸率较高的地区，输电线路总跳闸次数中，由雷击原因导致的占40%～70%，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的山区，雷击输电线路引起的事故率更高。可见，雷击已成为影响电网安全稳定影响的重要因素之一。

每一次雷击闪络，不仅使系统出现一次强的扰动，还可能造成设备损坏、线路停运，甚至出现电网大面积停电事故，造成巨大的经济损失。近年来我国雷电活动加剧，电网新增速度加快，线路的电压等级不断提高，由雷击造成的电网事故及损失也逐年上升。加强输电线路的雷电防护，对维护电网的安全稳定运行有着要的意义。

1 雷击故障分类

架空输电线路中常见的雷电过电压有2种：一种是感应雷过电压；另一种是直击雷过电压。110 kV及以上电压等级输电线路由于其绝缘水平较高，感应雷过电压危害一般较小，重点是直击雷的防护。

直击雷按击中线路设备的部位又分为3种：雷击于杆塔顶部或杆塔附近的避雷线，即常说的反击雷；绕过避雷线击于导线，即绕击雷；雷击于避雷线档距中央。

雷击避雷线的档距中间且与导线发生闪络引起跳闸的情况是极其罕见的，因此，直击雷防护主要是反击过电压和绕击过电压的防护。

不同电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因不同。110 kV线路主要是反击雷；220 kV和330 kV线路，绕击雷和反击雷都是主要原因；500 kV及以上超、特高压线路，绕击雷占绝大多数。

2 防雷击故障措施及实践

2.1 雷击闪络的对策与措施

2.1.1 减小避雷线保护角

减小避雷线保护角是用适当的方法减小避雷线的保护角，从而提高避雷线对导线的屏蔽性能，减小导线受绕击雷的概率，进而有效降低输电线路绕击跳闸率。

减小避雷线保护角的方法有以下几种：

1)保持避雷线和导线的高度不变，减小它们的水平侧向距离，使保护角减小。

2)保持避雷线高度不变(即保持杆塔结构高度不变)，通过增加绝缘子的片数，降低导线挂线点高度来减小保护角，同时也增加了绝缘子串的长度，提高了绝缘子串的耐受电压。

3)保持导线高度不变，通过增加避雷线的高度(即增加杆塔结构高度)来减小保护角。

减小保护角是公认的降低输电线路绕击跳闸率的最直接有效的措施。实际运行经验也表明，小保护角的输电线路绕击跳闸率要低一些，很多架空输电线路上采用了负的保护角技术。目前，减小避雷线保护角这项技术也正在被多个线路运行单位应用于老线路防雷改造和新建线路防雷设计中。

2.1.2 降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻技术通过降低杆塔的冲击电阻来提高输电线路反击耐雷水平。

对于平原地区，特别是土壤电阻率较低的区域，按照常规的设计，接地电阻值即能达到要求，而在山区、土壤电阻率高的地区，如何有效地降低接地装置的接地电阻值，如何用较少的投资获得较好的降阻效果，目前仍然是电力系统中广大技术人员面对的主要技术难题。

在日本，一些地区采用了增加放射线与埋设垂直接地体结合的方法，但由于施工条件的限制，应用区域有限。目前，国内普遍采用增加接地放射线长度的办法。除采用常规降阻方法外，也积极做了一些新方法的探索，如增加放射线面积、增加垂直接地体、合理使用降阻剂和降阻模块、爆破接地等。

国内多条线路都是通过降低杆塔的冲击接地电阻来降低线路的反击跳闸率。

通过降低杆塔接地电阻来降低线路反击跳闸有明显的效果，对220 kV及以下电压等级的输电线路尤其如此。在输电工程中，杆塔接地电极的造价在总造价中所占的比例很低，不到1%，通过改善接地电阻来提高线路耐雷水平的成本并不高。

2.1.3 线路避雷器

线路避雷器技术是通过在线路上安装线路避雷器装置，将其与线路绝缘子串并联，提高安装处线路的绕击和反击耐雷水平，并有效保护绝缘子不闪络，从而降低雷击跳闸率的一种防雷技术。线路避雷器因其结构不同，分为带串联间隙型线路避雷器和无间隙型线路避雷器两种。

自20世纪80年代以来，美国、日本先后成功地将线路避雷器在各电压等级线路上使用。1980年美国AEP和GE公司开始开发线路防雷用避雷器。

线路避雷器可以同时提高安装处线路段的绕击和反击耐雷水平，降低安装处杆塔的雷击跳闸率，从而减少线路的非计划停电，提高供电可靠性。

国内应用线路避雷器降低整条输电线路雷击跳闸率的运行经验和典型案例表明，合理配置避雷器的位置和数量对于降低110 kV和220 kV输电线路的雷击跳闸率有较为明显的效果。

相比于其他的防雷措施，线路避雷器保护原理优越，运行效果明显。但是由于其保护范围小，通常只能保护该杆塔两侧的一个档距。若在线路上安装数量较多的线路避雷器，其价格较高，经济性差。因此，要进行技术经济比较，经济、合理、有效地安装线路避雷器。

线路避雷器技术的目标是提高其保护范围内线路的绕击和反击耐雷水平，从而降低该线路段的雷击跳闸事故率，从而减少线路的非计划停电时间，提高供电可靠性。

2.1.4 架设耦合地线

架设耦合地线是在降低杆塔接地电阻有困难的时候，在导线下方增设一条接地线，以提高线路的反击耐雷水平，降低反击跳闸率的防雷技术，一般应用在接地电阻较高的线路。

根据架设的位置不同，架设耦合地线技术分为两类，即直挂式耦合地线和侧面耦合地线。一般把直接增设在线路导线下方的称为直挂式耦合地线，平行架设在线路两侧(或一侧)的称为侧面耦合地线。

架设在线路两侧的耦合地线即侧面耦合地线，位于导线两侧，有效地增加了地线的屏蔽作用，对线路防绕击雷有较好的作用。

目前，在国内外都有架设耦合地线降低输电线路雷击跳闸率的技术。

2.1.5 并联间隙

输电线路并联间隙技术是在绝缘子串两端并联一对金属电极构成间隙，使雷击线路时闪络发生在该间隙处，从而保护绝缘子串免受电弧灼伤的一种输电线路防雷技术。

在今后的输电线路防雷工作中，应加快推广输电线路并联间隙技术，并修改和制定相关的运行管理规定。

2.1.6 加装各种型式的避雷针

加装避雷针技术是一种利用避雷针较强的引雷能力，减小导线遭受雷击的概率，降低线路绕击跳闸率的防雷技术，目前主要有加装避雷线水平侧针、可控放电避雷针等。

2.1.7 电网雷害图

电网雷害图是指将危害电网的雷电按照危害程度进行划分得出的分布图，该分布不同于雷电日划分的雷区分布或用地闪密度表示的雷电分布，而是按电网雷击闪络类型给出的电网绕击或反击雷害的分级与分布，该措施作为一种电网防雷评估手段，具有重要的指导意义。

科学的电网雷害图技术是提高当前雷电防护措施针对性、实现电网差异化防雷、提高防雷技术经济性和有效性的重要手段，也是当前雷电防护工程领域的一项新技术。电网雷害图技术应推广应用。

2.2 综合防雷击闪络的治理措施

在设计阶段宜考虑地形地貌影响，在运行阶段结合运行经验专项治理，加大防雷新技术研究与应用推广。

雷电是自然界的一种复杂自然现象，对其机理与特性仍未充分认知，相关防范措施仍有待进一步创新。因此，加大防雷新技术研究与应用推广仍是必要的。例如：开展直流线路避雷器应用研究，针对山顶及边坡对架空地线保护角运行及相关防雷措施研究，利用相间间隔棒减小保护角的研究，接地装置测试与改造研究，线路避雷器等新型辅助防雷设施的安装与运行维护管理研究，开展兼具防冰防雷功能的杆塔塔型研究等。

2.3 防雷综合治理实践

选取220 kV某线作为研究对象。

2.3.1 历年跳闸统计情况

220 kV某线2004年9月投运，总长161 422 km，杆塔437基。统计结果显示，在2006—2010年5年内总计雷击跳闸13次，占总跳闸次数的23%。

2.3.2 雷害风险分析

地形影响明显。该线所经过区域地势较为复杂，多为山区、丘陵等。

山区档距大。在该线近5年的13次雷击跳闸故障中，有12次故障的杆塔档距在550 m以上。

地形保护角较大。在该线5年的13次雷击跳闸故障中，防雷保护角最小值为11°56′28″，最大值达18°33′22″。

沿线雷电活动频繁。经统计，该线输电走廊所经过的地区实际落雷天数最高达126 d左右。2010年该地区落雷密度达4 162个/km2。

2.3.3 防雷综合治理

通过对该线沿线雷电统计分析，按照地闪密度、落雷数排序，结合影响雷击跳闸的线路特征、地形地貌等因素，对该线采取以下措施进行综合治理。

加装线路避雷器：加装线路避雷器杆塔39基，避雷器安装总数78支；增加绝缘子片数。接地装置的改造：杆塔接地装置改造总数45基，改造电阻值为10Ω以下。

2.3.4 防雷治理效果

220 kV某线经过治理后经历多次雷雨过程未发生雷击跳闸故障。2012年线路走廊内的地闪密度为3.05次/km2，是该省平均值(2.28次/km2)的1.34倍，雷电日为39.7 d。该线路以往每年雷击跳闸3～4次，而治理后未再发生雷击跳闸故障。

3 输电线路雷击故障预防措施

每年3月底前应完成防雷检查及缺陷处理。

重点检查有无去年甩掉而未投入运行的避雷器，避雷器引线及接地装置连接是否完好，新架设线路及临时用电设备拆除的线路末端有无防雷空白点，中压架空绝缘线路安装放电钳位绝缘子或防雷放电线夹是否齐全，防雷接地电阻是否合格等，多雷区的防雷改进措施是否落实。

雷雨季节后做好防雷总结，以指导防雷工作。

认真查阅气象资料，在规划设计前期尽量避开雷电活动较为频繁的区域，合理选择线路走向。

根据线路的自身特点和环境因素，有针对性地开展差异化防雷改造。

积极采用新的防雷装置，为输电线路的综合防雷工作积累实际经验。

认真搜集微地区、微气象资料，在规划设计前期尽量避免雷电活动较为频繁的区域。

提高输电线路架空地线的分流能力，以减少因过电流发生断线故障。

[1] 卢明.输电线路运行典型故障分析[M].北京：中国电力出版社，2014.

[2] 曾昭桂.输配电线路运行和检修[M].4版.北京：中国电力出版社，2013.

[3] 宁歧.架空配电线路及设备典型故障[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[4] 张逸群，李海星.输电线路典型故障案例分析及预防[M].北京：中国电力出版社，2012.

Lightning protection measures and methods of transmission line

Chen Changduo，Zheng Jianxin

(Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，Henan，P.R.China)

The transmission line is an important part of power system. Because of its exposure to the field, the long-term effect of the external bad environment, easily struck by lightning, affecting the safety of power supply, large area blackout accident caused serious will. Therefore, take effective line lightning protection measures, is very important to ensure the safety of transmission lines and stable economic operation. Analysis of the measures of lightning protection of transmission line.

transmission line; lightning protection; lightning arrester; flashover

2016- 04-21

陈昌铎，男，硕士研究生，主要从事机械和电气相关研究。