浅谈几种输电线路尖端防雷措施的实践与应用

陶潜++陈艳

[摘 要]架空输电线路的安全稳定运行直接影响电网稳定性和供电可靠性，雷害是输电线路事故防范领域中的重大课题，各级电网雷击跳闸占到总跳闸次数一半以上，居各类自然灾害的首位。目前，电力系统架空输电线路中采用的防雷措施各式各样，本文结合黄石地区雷害分布及特点，对本地区输电线路尖端防雷措施进行列举，对防雷效果进行分析，提出各类措施运用领域和范围，达到有的放失的目标。

[关键词]架空输电线路；尖端防雷；应用范围

中图分类号：P918 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0256-02

0 引言

黄石地区丘陵为主，是雷害较为高发的区域。根据湖北省电力公司2014年更新的雷害风险分布图显示，黄石地区反击雷害风险处于Ⅲ级风险的占92%，处于Ⅳ级风险的占5%；绕击雷害风险处于Ⅲ级风险的占82%，处于Ⅳ级风险的占13%。2014年，110kV及以上输电线路雷击跳闸率占总跳闸率的48.33%，防雷任务十分艰巨。

因此，运维部门针对黄石雷害分布图，结合地理位置、地形地貌、杆塔形式、绝缘配置、重要断面等因素，采取差异化防雷策略，意在提高输电线路防雷水平，降低雷击跳闸率。2015年，在全年地闪密度同比持平的情况下，黄石地区110kV及以上架空输电线路雷击跳闸率同比下降65.52%，某种意义上，防雷工作取得了一定的成绩。

本文详细列举了黄石地区所采用的线路避雷器、石墨柔性接地体、并联间隙以及雷电闪络限制器等防雷措施，根据这些措施的原理，结合黄石地区杆塔分布特点，分析采取这些措施的原因，总结获得的成效，为防雷手段的采用指明一丝方向。

1 输电线路雷电过电压发生机理

1.1 感应雷过电压

当雷击于输电导线附近的地面时，会在线路的三相导线上产生感应雷过电压。当雷云对地放电时，由于云中电荷很快中和，束缚电荷被释放，在输电线路上感应出极性与雷电流相反的过电压。

实践证明，感应过电压幅值达300至400kV，可以使60-80cm的空气间隙击穿或3片XP-70型悬式绝缘子闪络，因此，对于110（66）kV及以上架空输电线路基本不考虑感应雷引起的闪络事故。

1.2 反击雷过电压

雷电流击中输电杆塔塔顶时， 大部分雷电流沿杆塔流入大地， 由于杆塔、避雷线波阻抗及接地电阻的存在， 雷电流流过杆塔进入大地时， 会在杆塔上产生很大的压降， 使塔顶、横担的电位陡升。当绝缘子串两端所承受的电位差超过其冲击闪络电压时， 绝缘子串发生闪络， 导致输电线路发生接地故障。

1.3 绕击雷过电压

雷电流直接击中输电导线时， 由于大量雷电流注入， 导致输电线路对地电压陡升。当绝缘子串两端承受的电位差大于绝缘子串冲击闪络电压时， 绝缘子串发生闪络， 导线通过杆塔对地放电。

从雷电过电压发生机理可以看出，对于110千伏及以上架空输电线路，如何防范反击雷与绕击雷是重点。

2.防雷措施使用

2.1 带串联间隙线路避雷器

黄石地区使用的氧化锌避雷器现阶段全都是带串联间隙的线路避雷器，该种类型的线路避雷器是降低输电线路雷击跳闸率的有效手段，对反击雷与绕击雷均有防范作用。

2.1.1 线路避雷器原理

无论是反击雷还是绕击雷，避雷器均能起到良好的分流作用，使导线和塔顶之间的电位差小雨绝缘子串的闪络电压，并且，避雷器的工频续流在第一次过零时就能熄灭，因此不会造成线路跳闸。

2.1.2 安装选点

线路避雷器成本较高、保护范围较小，因此，在安装前一定要慎重选择安装点。黄石地区线路避雷器选点主要根据两方面：一是根据跳闸杆塔和运行经验，来确定需要安装避雷器的杆塔，减小再次雷击的概率；二是根据湖北省电力公司下发的最新雷区图，了解雷电活动分布情况，找出雷电活动频繁区，再根据线路所经的地形、地势以及地貌，合理选择安装点。如杆塔处于山区风口处、坡度较大处、土壤电阻率高、山顶、山腰等地形位置。

2.1.3 安装相别

黄石公司根据差异化防雷要求，在雷害风险较高的区域，安装避雷器采取以下原则：当接地电阻比较小时，为了防止绕击跳闸，一般在屏蔽效果比较差的边相或易发生绕击的中相上安装；在接地电阻较高，雷害活动较强烈，易于发生绕击的杆塔，且接地电阻降低有困难（如岩石塔基），加强线路绝缘受到杆塔尺寸限制的情况下，一般在三相导线上安装线路避雷器；对于同杆架设杆塔，在保护角较大的中相安装线路避雷器；对于易遭雷击的杆塔，在两侧相邻杆塔上同时安装线路避雷器。

黄石地区在加装线路避雷器后，线路跳闸率明显降低，据统计，安装了避雷器的线路杆塔在安装前跳闸23次，其中绕击13次，反击10次，在安装后均未发生过雷击跳闸。

2.2 石墨柔性接地装置

架空输电线路接地电阻是决定杆塔反击耐压水平的重要因素，有效降低杆塔接地电阻对输电线路防雷工作的开展是十分有必要的。2015年，黄石公司在土壤电阻率较高、接地电阻常年居高不下的地区推广使用石墨柔性接地装置，对成功降低杆塔反击雷跳闸率起到了至关重要的作用。

2.2.1 石墨柔性接地原理

石墨柔性接地体是一种以非金属材料为主的接地体，导电性能和稳定性能较好，可有效解决金属接地体在酸性或碱性土壤中亲和力差、表面易发生锈蚀、在有机物质过多的土壤中导电性能和泄流能力减弱等问题。使用非金属石墨接地体，可以增大接地体本身的散流面积，减小接地体与土壤之间的接触电阻值。石墨接地体耐腐蚀性能强，可持续承受大电流通过，不会对土壤产生污染。

2.2.2 石墨柔性接地体优点

石墨接地体与金属接地体特点对比见下表1：

2.2.3 应用效果

黄石公司对接地电阻常年居高不下的杆塔接地网共计7条线路23基杆塔使用了石墨柔性接地体，接地电阻得到了明显改善，即便在土壤电阻率较高的地区，电阻值也能保持在3Ω之下，跳闸次数也得到控制，使用石墨接地体前后线路跳闸对比见下表2：

2.3 并联间隙

近年来，随着电网建设的高速发展，防雷工作从思想上逐渐由“堵塞型”向“疏导型”转变，杆塔绝缘子加装并联间隙就是一种“疏导型”防雷保护方式，其主要思想就是允许线路有一定的雷击跳闸率，通过并联间隙与绝缘子的绝缘配合，达到利用间隙接引闪络通道的作用，从而避免绝缘子故障损坏、提高线路重合闸成功率，避免永久性故障发生。

2.3.1 工作机理

正常运行时，间隙装置具有均匀工频电场的作用；架空线路遭受雷击时，绝缘子串上产生很高的雷电过电压， 但因保护间隙的雷电冲击放电电压低于绝缘子的放电电压，故保护间隙首先放电，接续的工频电弧在电动力和热应力作用下，过并联间隙所形成的放电通道，被引导至电极端头，固定在电极端头上燃烧，最终借助电动力沿电极端头吹开及消散，从而保护绝缘子免于电弧灼烧。

2.3.2 试验保证

中国电科院对并联间隙做了权威性试验，目的是通过雷电冲击50%放电电压试验确定不同电压等级、不同结构尺寸瓷绝缘子串并联间隙的有效长度，以指导和规范输电线路并联间隙的使用。

试验过程中，一是检查并联间隙应能耐受系统的工频及操作过电压（不包括谐振过电压），不发生击穿；二是并联间隙雷电冲击（波头时间在2-10μs）伏秒特性比被保护绝缘子串的雷电冲击伏秒特性至少低10%，以保证在雷电过电压下先于绝缘子放电。

2.3.3 应用现状

黄石公司2015年相继在110kV棵顾宏线、棵陈线等12条线路共计160基杆塔安装了绝缘子串并联间隙，由于安装时间在10月份，雷雨季节已过，因此2015年暂无相关运行数据。

2.3.4 展望

2016年迎峰度夏结束后，黄石公司对安装并联间隙的线路进行雷击跳闸数据分析，并联间隙的安装是否达到了预期效果。如并联间隙真实降低线路雷击事故率，提高了线路重合闸成功率，增设项目计划，普及并联间隙的安装。

2.4 雷击闪络限制器

该项防雷措施为国网公司科技项目《交直流架空输电线路雷击闪络限制技术完善研究》子课题。该设备在采用空气间隙（并联间隙）保证运行可靠性的基础上，创新性使用小尺寸、大容量、高梯度电阻片，实现了设备小型化，满足了与绝缘子的标准安装，解决了并联间隙的续流遮断问题。

3.结论

1）运行实际情况表明，合理加装线路避雷器、采取石墨柔性接地体等防雷措施对降低雷击跳闸率很有效果，线路避雷器可对反击雷、绕击雷加以防范，柔性石墨接地体则对反击雷的防范更加有效；

2）防雷工作更先进的理念是“疏堵共治”，合理设计的绝缘子并联间隙能够有效的保护绝缘子免受电弧侵袭，保证电网的可靠性；

3）越来越多的防雷科技项目将投入输电线路防雷运行中，通过不断地积累运行经验和更优化地改进，做足风险评估，输电线路的防雷工作将得到长久的提高。

参考文献

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