220kV架空线路雷害分析和防治对策

李奉雷

（湖南科鑫电力设计有限公司 湖南长沙 410007）

220kV架空线路雷害分析和防治对策

李奉雷

（湖南科鑫电力设计有限公司 湖南长沙 410007）

在220kV架空线路运行中，雷害事故占据所有事故很大的比例，对供电的正常和安全产生严重的威胁。因而，必须加强对220kV架空线路雷害分析，并且找到有效的解决措施避免220kV架空线路受到雷害的影响，保证电力系统的正常运行。本文主要阐述了220kV架空线路防雷工作的重要性，并且阐述了220kV架空线路几点防雷措施。

220kV；架空线路；雷害；防治；避雷

引言

220kV架空线路是电力系统的重要组成部分，因为220kV架空线路是暴露在自然环境中的，因而非常容易受到外界各种因素的影响，其中一个重要的影响因素就是雷击。220kV架空线路通常需要经过高山、丘陵以及旷野等，因而遭受雷害的风险非常大，必须采取有效的措施避免220kV架空线路受到雷害影响。

1 雷电对220kV架空线路的危害

1.1 雷电的形成与特点

雷电是一种壮观和复杂的大气电现象，常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。它是雷暴天气的最基本特征之一。同时，雷电活动与电力系统、电讯通信、交通运输、森林保护及人们的日常生活密切相关。

1.2 雷电过电压的种类

雷电过电压分成感应雷过电压和直击雷过电压。雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压（见图1）。雷直击输电线路杆塔，避雷线，导线，产生的过电压称为直击雷过电压。根据雷击线路部位的不同，还可以将直接雷过电压分成以下两种：①当雷电击中线路的杆塔或者是避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高，当雷击点与导线之间的电位差超过绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压。因为杆塔或避雷线的电位（绝缘值）高于导线，故通常称为反击。②雷电直接击中导线（无避雷线时）或绕过避雷线（屏蔽失效）击于导线，直接在导线上引起过电压。后者通常称之为绕击。

图1 感应雷过电压

1.3 雷电对220kV架空线路的危害

近年来，雷击一直是220kV架空线路发生跳闸故障的首要原因之一（见图2），然而，由于雷电活动规律及线路防雷问题的复杂性，线路防雷工作仍然十分艰巨。如图2为全省110kV及以上线路跳闸分类。220kV架空线路受到直接雷击或线路附近落雷时，导线上会因电磁感应而产生过电压，即大气过电压（外过电压）。这个电压往往高出线路相电压的2倍及以上，使线路绝缘遭受破坏而引起事故。当雷击线路时，巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差，从而导致线路绝缘闪络。雷击不但危害线路本身的安全，而且雷电会沿导线迅速传到变电站，防雷措施不良，则会造成站内设备严重损坏。主要表现在以下两个方面：①引起线路跳闸，影响正常供电。引起绝缘子闪络，导线对地短路，工频续流沿放电通道放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常送电。②雷电波侵入变电站。侵入变电站，经复杂的折反射后，造成电气设备过电压，危及设备绝缘，造成事故。

图2 2009年全省110kV及以上线路跳闸分类

2 220kV架空线路防雷工作的重要性和线路防雷设计原则

2.1 220kV架空线路防雷工作的重要性

220kV架空线路往往延绵上百里，沿途经过各种地形和气候区域，一年四季暴露在大自然环境中，极易受到各种恶劣气候的侵袭，特别是遭受雷击非常频繁。其重要性体现在以下三个方面：①220kV架空线路具有较长的长度，并且都是暴露在旷野中的，因而很容易受到雷电的危害；②雷电击中线路之后会导致绝缘子闪络，从而产生跳闸的现象，进而导致供电中断；③雷电击中线路会产生过电压，过电压会沿着线路传播从而对变电所和发电厂造成危害，最终导致变电站雷害事故。

2.2 线路防雷设计的选定原则

在进行线路防雷设计的选择中，需要按照以下两个原则进行：①提高耐雷水平，降低雷击跳闸率，既避免线路因雷击而频繁跳闸，又不使线路防雷投资过于增加。②线路具体的防雷措施应根据电压等级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动强弱、地形地貌和土壤电阻率等条件，结合运行经验，通过技术经济比较后合理选定。

3 220kV架空线路防雷措施

3.1 架设避雷线

避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，220kV宜全线架设双避雷线；杆塔上两根避雷线间的距离不应超过导线与避雷线间垂直距离的5倍；避雷线可采用小间隙对地绝缘，以降低正常工作时避雷线中电流引起的附加损耗，同时可将避雷线兼作通信用。

3.2 降低杆塔接地电阻

将线路杆塔的接地电阻降低，可以降低塔顶端电压，这样可以使得反击的产生几率变低（见表1）。一般来说，杆塔的工频接地电阻是10～30Ω。对于220kV的杆塔，如果高度是25.6m，采用的是双避雷线，绝缘子按照13片XP-4.5计算，杆塔接地电阻取7Ω，根据相关公式和规法可得知：

表1 220kV线路耐雷水平与杆塔接地电阻的关系

如果接地电阻发生了一定的改变，那么杆塔的耐雷水平也会产生相应的变化，见表2。根据表1和表2可以看出，如果接地电阻降低，那么线路耐雷水平就会增加，雷击跳闸率就会相应的降低。比如220kV线路接地电阻从10Ω电阻降低到5Ω，雷击跳闸率可降低四十七点三个百分点。

表2 接地电阻对220kV线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸率的影响

3.3 架设耦合地线

对于220kV架空线路进行耦合地线的架设可以具有以下两个方面的作用：①可以对接地电阻进行降低，根据相关经验可以得知该方法是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。②可以作为一部分的架空地线，这样不仅能够可以为避雷线分流，还能够起到避雷线的耦合作用。根据相关经验，在一个容易发生雷击的杆塔地区进行耦合地线的架设之后，十年来只发生过一起雷击事故，显著提高了线路的耐雷水平。

3.4 采用不平衡绝缘方式

在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线路日益增多，对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。两回路的绝缘子串片数有一定差异，差异宜为相电压峰值的倍。作为一种补救措施，具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而能提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。

3.5 装设自动重合闸和避雷器

雷击造成的闪络大多能在跳闸后自动恢复绝缘性能，因此重合闸的成功率较高。我国110kV及以上高压线路成功率为75～90%；35kV及以下线路约为50～80%。装设管式避雷器和排气式避雷器，管式避雷器仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的防雷保护。它能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零。一般在线路交叉处和高杆塔上装设排气式避雷器以限制过电压。

3.6 加强绝缘

增加绝缘子串中的片数，对于高杆塔采用增加绝缘子串片数的方法提高其防雷水平。全高超过40m的带避雷线杆塔，每增加10m，增加一个绝缘子。还有改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间距等等，但有相当大的局限性。一般优先采用降低杆塔接地电阻的办法来提高线路耐雷水平。

4 结语

综上所述，220kV架空线路因其特点非常容易受到雷击的危害。要想解决220kV架空线路雷害问题，必须根据实际情况，根据地区的不同，采取合理的防治对策。要认真做调查，对不同地区的地理以及气象进行充分的了解，加强对线路耐雷水平的研究，采取一种或者多种防雷措施，保证220kV架空线路的安全，从而对电力系统的安全运行进行保证。

[1]白志强，王瑞，赵贵勇，张国君，杨国峰.500kV输电线路雷电绕击事故分析及预防措施[J].内蒙古电力技术，2013（01）：33～34.

[2]许金义.高海拔山区雷电特点、送电线路雷害规律及防雷改进措施[J].电力技术，1988（09）：178～179.

[3]左来明，张凌云.高压输电线路综合防雷技术研究[J].东北电力技术，2007（02）：90～91.

[4]丛义宏.220kV高压输电线路的防雷接地技术研究[D].华北电力大学（北京），2010（07）：56～57.

TM863

A

1004-7344（2016）03-0033-02

2016-1-11

李奉雷（1989-），男，助理工程师，本科，主要从事高压电力线路建设工作。