输电线路防雷差异化设计与应用

萨健彪

摘 要：输电线路雷击引起的跳闸在福建沿海地区较为频繁，由于地形地貌、气候、环境等因素影响，各类情况的雷击频率也不尽相同。本文研究输电线路受雷击原因，并根据实际运行经验提出输电线路防雷差异化设计与应用。

关键词：输电线路;防雷;差异化

1.输电线路防雷差异化设计与应用

接地装置改造在线路防雷保护中起到十分重要的作用，一般老旧线段的杆塔改造后能达到进线段耐雷水平的2/3以上，使接地电阻值保持相对较低的水平。如220 kV线路进线段耐雷水平应达110kA ，一般线段也应达到75 kA以上。 110kV线路进线段耐雷水平应达到75kA ，一般线段也应达到40 kA以上。下表是根据常规的计算分析方式得出的双地线保护线路对接地装置的基本要求。实际耐雷水平还会受到雷电波陡度、杆塔高度、绝缘水平等多种因素的影响。大量的计算分析表明，无论是110kV还是220kV等级，接地电阻的大小都是影响线路耐雷水平的关键因素。因此改进接地装置，并尽可能降低接地电阻，就是一项行之有效的基本措施。根据收集的有关数据、经验提出以下从接地装置方面考虑的方法：

一是改变接地装置的结构，采用新型强化电磁感应型接地装置、传统式延伸地线、相邻线路杆塔水平接地极的互连等方式。

二是接地装置的埋设深度要求，根据季节、地形合理设计埋深。

三是垂直接地极的应用，在高土壤电阻率地区，作为接地补充措施，应用垂直接地极可以较好地改善表面干燥土壤接地不良的问题

四是耦合地线的应用，研究表明，耦合地线可有效改进导地线之间耦合系数，降低导-地线的电位差，从而提高输电线路的耐雷水平。

五是采用延伸地线，延伸地线是顺着线路方向敷设的较长接地装置，传统做法一般是将其与相邻杆塔互连，故也称连续水平接地体。延伸地线的耦合作用效果十分可观。

2.线路避雷器的应用

近年来，随着金属氧化物避雷器的技术的成熟，以及制造成本的降低，在输电线路运用避雷器实现保护已经逐渐被人们认同，开始了广泛的实践。据有关专题研究表明，采用避雷器实现对杆塔的保护，在很大程度上消除雷击闪络现象，解决了输电线路绕击雷防护效果差的现象，改善了线路的防护效果。在110kV输电线路上应用线路避雷器保护后，耐雷水平可提高到100-180 kA ，220kV输电线路应用防雷避雷器保护设计后，能够使杆塔的耐雷水平提高到200-300kA，耐雷水平大幅度提高，基本上很少发生闪络。线路避雷器在雷电活动强烈、降低杆塔接地电阻困难等特殊线段上安装使用，可有效降低雷击跳闸事故率，提高交流输电线路的耐雷水平。

实际运行中输电线路避雷器的保护范围与雷电流大小、线路耐雷水平有关。落雷在安装线路避雷器的杆塔时，雷电流低于线路耐雷水平则避雷器保护全线段，绝缘子（串）不发生雷击闪络。雷电流大于线路耐雷水平则避雷器保护本杆塔绝缘子（串），临近杆塔绝缘子（串）不在保护范围，会造成发生雷击闪络。

落雷点在避雷器安装点的邻近杆塔时，输电线路全段的耐雷水平与未安装线路避雷器输电线路的耐雷水平完全一样，显然此种情况下线路避雷器的保护范围也为零。

与雷电反击类似，雷电绕击安装了1组线路避雷器杆塔的输电线路导线上时，当绕击点靠近安装了线路避雷器的杆塔时，由于此时输电线路的最小绕击闪络雷电流Imin远高于输电线路的最大绕击雷电流Imax ，输电线路全线杆塔线路绝缘子（串）均不会发生闪络，保护范围为全线段，而当绕击雷落点在邻近杆塔时，只要绕击雷电流大于输电线路的自然最小绕击闪络雷电流Imin时，则保护范围又为零，邻近杆塔的线路绝缘子（串）将发生闪络。

综合上述分析，严格意义上讲，无论雷电反击还是雷电绕击，线路避雷器均无可外延的雷击保护范围，而仅能保护安装了线路避雷器杆塔自身的线路绝缘子（串）。

3.使用可控放电避雷针

该针以變化缓慢的小电流上行雷闪放形式释放雷云电荷，避免强烈的下行雷闪放电危害为设计基础。通过数千次高压放电试验证实它引发的是上行雷，具有保护可靠性提高、范围大，且不受保护物高度影响等特点。经专家评议认为：原理正确，设计思想新颖，保护性能好，是一种有广泛应用前景的直击雷保护设置。雷云对地面有两种形式存在：上行雷闪和下行雷闪。

正常情况，先导放电自雷云向下发展的初始阶段，先导头部离地面较高，放电发展方向不受物体影响。避雷针的作用就是在电荷积聚到一定强度时，引导先导头部附近电场向避雷针方向发展，使得下行雷闪主放电过程迅猛，造成雷电流副值大，陡度高;上行雷闪，一般没有自上相下的主放电，先导过程是不断产生向上的放电电流，过程是渐进的，在积累过程中已有部分被释放了，所以雷云向主放电通道供应的电荷困难，放电电流副值小，且陡度低。

在等同条件下用正极性操作波放电获得的可控放电避雷针与富兰克林避雷针的保护曲线。试验时模拟雷云电极离地面高度为8.5m为了严格的考核可控避雷针的保护性能，操作波试验时没有附加直流电场，可控放电避雷针在实验测试结果上保护特性明显优于富兰克林避雷针，主要参数绕击概率和保护范围，达到预期设计要求。

4.三根架空地线的应用

尽管目前山区线路在设计上存在诸多的问题，国内外大量的运行经验也显示进行这些改进是十分必要的，但要在现有线路实行根本性改造是十分困难的，可行性很小。因此要实现屏蔽防护措施的根本好转，开展新塔型的应用研究是一种解决方法。三地线的应用与提高导、地线间距的措施共同运用，能达到较为完善的综合效果。

结 语

由于输电线路在地理、气象、环境上千差万别，每条线路条件各不相同。因此，在考虑如何提高输电线路耐雷水平问题时，同样要结合线路本身特点，采用差异化设计，根据几年的运行经验，经过计算、分析，才能确定采取何种较实用的防雷措施，从而保证输电线路免受雷击的危害，保护电网的安全运行。

参考文献

[1] 蒋国文，张英华，弥璞，等.6kV～10kV配电网络雷电防护现状及防雷措施分析[J].电瓷避雷器，2007

[2] 黄伟超，何俊佳，陆佳政，等.实际雷电活动分布下的线路雷击跳闸率计算[J].高电压技术，2008