关于500kV高压交流输电线路防雷的探讨

涂建辉

（国网江西省电力公司检修分公司）

关于500kV高压交流输电线路防雷的探讨

涂建辉

（国网江西省电力公司检修分公司）

到目前为止，雷击仍然是引起线路跳闸停电事故的主要因素。本文在学习国内外输电线路防雷技术应用研究的基础上，结合自身实践经验，对几种较为实用防雷电绕击技术进行深入研究，并探讨了其应用与高压交流输电线路的适用范围及可行性，希望能为500kV高压交流输电线路防雷提供参考。

500kV高压：交流输电线路；绕击：防雷

1 引言

高压输电线路地处旷野，很容易遭受雷击。且随着电压等级的逐步增大，线路跳闸故障中原因中雷击所比例也将不断增长。500kV高压交流输线路由于其电压等级较高、输送距离较远、网络参数较为复杂、杆塔较高等特点，使其引雷面积更大，这也极大的增加了其遭受雷击的概率。我国属于雷电活动强烈国家，500kV高压交流输电线路多位于空旷、地形条件复杂等地区，线路途径多种不同环境，存在着雷害、污秽和覆冰等考验。由此可见，加强500kV高压交流输电线路防雷探讨，对于推动我国高压电网建设大力发展的重要意义。

2 高压输电线路防雷技术

2.1 减小避雷线保护角

图1 电气几何模型

如图1电气几何模型所示，屏蔽弧弧段AB和暴露弧BD分别以以击距sr和为cr半径的弧线，以导线C与地线S为圆心，地面击距的直线为gr为高度，直线DE为平行于地面。ABDE为定位曲面，落雷在AB、BD和DE面上，即分别击中大地、相导线和避雷线。如果减小保护角，导线C移至C′时，线DE与暴露弧交点从D向D移动′，屏蔽弧与暴露弧的交点将会从B移至B′。从图1也能看出当暴露弧减小时，屏蔽弧随之增大，雷电击中导线概率也随之减小。从而通过避雷线保护角的减小使得导线雷电绕击率有效降低。输电线路绕击耐雷性能与导线与避雷线的保护角有相当大的影响，尤其是在山区线路表现更为明显，因存在地面倾角，绕击率随导线的保护角增加而增加，绕击率随对避雷线保护角减少而减少，减少的方法可分为以下几种：

①避雷线的高度保持不变，增加绝缘子的片数，从而减小保护角，缩短导线的高度，降低输电线路雷电绕击率。②将避雷线和导线保持在一固定度的，通过缩短其之间水平侧向距离来使保护角减小，降低绕击率。③保护角在相同的情况下，避雷线、导线越短，其绕击率就越小。

2.2 架设旁路屏蔽线

高压输电线路屏蔽系统主要由杆塔、大地与避雷线3者组成，输电线路出现绕击跳闸故障一定程度上可将其看作是由输电线路屏蔽系统的引雷功能较弱，在此情况下可通过将某一屏蔽体的引雷能力增强，来降低输电线路绕击跳闸故障发生概率。旁路屏蔽地线架设在斜山坡地段主要目的在于使地面的引雷能力增强，预防绕击事故。如图2所示，可通过电气几何模型作图对架设旁路地线的位置进行大致确定，地面倾角为A，以击距rs为半径的弧线相交于B点，分别以地线S和导线C为圆心，以击距rs再以B点为圆心，为半径画弧，旁路地线的位置即为弧段CDE。得出结论，设置旁路地线对于预防山坡外侧导线绕击事故起着积极的作用。

图2 确定旁路屏蔽地线位置

2.3 架设避雷针

2.3.1 塔顶架设可控放电避雷针

在塔顶安装可控放电避雷针，具体原理为运用上行雷闪的特征，在需要时避雷针尖端电场足够高发生畸变，迅速产生放电脉冲，可靠引发上行雷闪放电，以实现保护避雷对象的目的。如图3（a）所示，将避雷针架设于如杆塔（尤其是转角耐张塔）塔顶绕击率较大的区域后，塔顶避雷针会将杆塔周边的雷吸引过来，致使雷电击中避雷针，从而预防线路遭雷电绕击事故的发生。此种防雷技术已在应用贵州、湖南、重庆、辽宁、湖北、福建等多个省市应用，且均取得显著的运行效果，适宜推广使用。

2.3.2 地线上安装防绕击避雷短针

相关研究表明，因为输电线路档距中央的弧垂效应以及杆塔的引雷作用，依据输电线路档距，可将雷电绕击大致分为危险、正常区域与安全3个不同区域。在距离杆塔10～30m的区域为危险区域，需要进行重点防护，如图3（b）所示，可在避雷线上加装侧向短针相应间隙下地线的临界电晕半径小于地线上所架设侧针的长度时，侧针能够使地线的引雷能力显著提高。避雷线的临界电晕半径如果小于针长，针比线更易出现上行先导，这事需要对可能出现绕击的弱雷提前进行拦截。将预放电防绕击避雷针装设在架空地线上，可以降低线路保护角，具有较强的引雷作用，能够有效降低线路的雷电绕击率。

图3 避雷针结构示意图

2.4 安装线路避雷器

防雷用线路避雷器有很好的钳位作用，当输电线路遭受雷击时，避雷器参与分流，雷电流将大部分的从避雷器流入导线，也因为导线与避雷线的耦合作用，戴冬导线电位增高，于是绝缘子串的闪络电压大于塔顶与导线与间的电位差，绝缘子出现闪络概率大幅度降低。通过对500kV源安线路中氧化锌避雷器的应用，调查显示已取得初步成效。从20世纪80年代以来，国外就已经不断着手通过安装氧化锌避雷器降低线路雷击故障的研究，并在各电压等级的线路上成功的应用氧化锌避雷器。我国也不甘落后，开发出500kV、220kV、110kV等不同电压等级的线路避雷器。广东某电网公司供电局将线路避雷器应用于110kV输电线路，并在运行阶段取得多次成功。相关调查表明，将线路避雷器安装易遭雷击的500kV高压交流输电线路中，能够有效降低雷击跳闸率，提高线路耐雷水平。

3 几种防雷电绕击技术的适用范围

总而言之，输电线路防雷设计过程中，无论哪条线路，只采用一种防雷技术，是不可能达到很好的防雷效果的，这就需要按照线路走廊的具体状况，有针对性的选用几种防雷技术进行共同防雷，从而降低雷击跳闸率，实现供电的可靠性与安全性。

（1）日本500kV输电线路运行结果证实，就算利用负保护角，还是存在着很高的跳闸率。这可能是由于雷电的风速与分岔现象导致导线偏移，使得保护角增大了所引起。由此相关文献提出通过安装多根避雷线进行防雷电绕击，并论证了这种方式对防止雷电绕击500kV高压交流输电线路的效果，但同时也存在着成本较高的问题。可在2组地线截面稍有增加或固定不变的基础上，在线路两侧及高塔顶部布置多根地线。

（2）减小避雷线保护角是预防雷电绕击是最便捷、最经济措施之一。这里要注意，避雷线间应保持适当的距离，不可过宽，否则中相导线将会缺少防护。负保护角在山区线路、尤其是对于输电距离较长500kV高压线路中较为适用，如果能够全线采用负保护角，可将雷电绕击发生率最大限度的降低。

（3）因为高压输电线路杆塔较高，转角耐张塔处雷电绕击发生率较高，将放电避雷针塔顶安装可控：杆塔10～30m距离的危险区域，将绕击避雷短针安装于地线上，引雷效果更佳。

（4）旁路地线架设可对导线完全屏蔽，从而减小山坡外侧导线的绕击概率。由此，可考虑在山区线路、雷电活动强烈地区架设旁路地线。

（5）线路避雷器安装能够使线路的耐雷水平有效提升。如果能够将线路避雷器进行全线安装，基本可以消除雷击跳闸的事故，但由于线路避雷器购置成本较高，若全线安装的资金投入较大，可在降阻困难的易击段、线路土壤电阻率较高区域进行安装。

4 结束语

综上所述，在500kV高压交流输电线路防雷击的应用策略中，充分利用对先进避雷器的技术研究是提高雷电防范、保障输电线路安全与稳定的重要途径。相关研究工作者可以总结过去经验，学习先进防雷技术，并借助避雷器与架空地线的结合形成一套完整的防雷体系，从而从根本上保障输电线路的制胜，实现输电系统整体服务性与经济性共同发展。

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2016-7-1