特高压输电线路雷电绕击影响因素及防护技术

明 宇

（国网晋城供电公司，山西 晋城 048000）

1 特高压输电线路雷电绕击的主要影响因素概况

特高压输电线路雷电绕击的主要影响因素包括地面倾角、地面倾角差异下±800 kV 正极性导线绕击闪络率、弧垂的不同分布以及直流特高压运行电压、塔型、塔高对绕击的影响等。

1.1 地面倾角

地面倾角显著影响特高压线路的绕击特性，可以明显减弱山坡地形下地面导线屏蔽作用，增加绕击电流范围，造成杆塔易受到远距离大电流绕击。特高压直流线路绕击跳闸频率也会随地面倾角的增加而增大。科研人员针对绕击概率最高的±800 kV 正极性导线绕击闪络率分析，如图1 所示。

图1 不同地面倾角下±800 kV 正极性导线绕击闪络率

1.2 直流特高压电压运行

直流特高压运行线路可以抑制地线发展先导，易使正极性线路表面产生的上行先导与雷电下行先导发生连接。交流电压下交流特高压线路的绕击跳闸率和工作电压相位相关，特高压ZMP2 塔不同相位下的绕击跳闸率如图2 所示。

图2 不同工作相位下交流特高压线路绕击跳闸率

工作相位差异下，交流特高压线路绕击跳闸率如图2 所示。工作相位90°、270°时，导线电压等于0。交流特高压线路在正半周工作电压下相应绕击闪络率和无工作电压时对比增量，比负半周工作电压下的绕击闪络率减少部分大，导致跳闸率高。

1.3 塔型、塔高对绕击的影响

杆塔上绝缘子和导线的排列方式、保护角、高度都能对绕击跳闸率产生影响。现实中，绝缘子和导线排列方式主要通过保护角发挥相关的作用。

1 000 kV 特高压线路绝缘子和导线排列方式如图3所示。计算得出杆塔高度、保护角、绝缘子相同的M型排列和3V 型排列对比，M 型绕击跳闸率比3V 型排列小。M 型与3V 型导线三角排列与水平排列对比得出，3V 三角排列的绕击闪络率小[1]。

图3 1 000 kV 特高压线路直线杆塔绝缘子及导线排列型式

杆塔高度、保护角对影响绕击明显。塔型高、保护角大时，地面与地线的屏蔽作用减弱，使遭受绕击的几率增大，要通过校核保证杆塔的防绕击性能。

1.4 保护角

特高压线路防雷手段是架空地线，而保护角是影响架空地线对导线保护屏蔽性能的重要因素。特高压直流线路要求保护角严苛：保护角等于0°时，存在小幅值雷电流绕击概率；负保护角可获得较好的防绕击性能。不同保护角下交流特高压线路绕击跳闸率，如图4 所示。

图4 不同保护角下交流特高压线路绕击跳闸率

1.5 避雷线弧垂分布差异

避雷线弧垂比导线弧垂大时，减小档距中央保护角，提升线路档距中央绕击概率。因保护角越小绕击越不容易发生，直流线路需要使用负保护角。运行电压、保护角、地面倾角、塔型、弧垂，都是影响超特高压线路绕击性能的参数。地面倾角越大，地面屏蔽越容易减小，线路越易发生绕击。因自然界负极性雷比正极性雷多，直流线路正极性线路易产生绕击跳闸。

2 特高压线路雷电绕击保护技术

适用于普通架空线路的雷电绕击防护措施如减小保护角、装设杆塔侧针等，并不能完全适应于特高压线路。特高压线路输送功率大，若跳闸，电网则急需在短时间内投入大量备用设施，高压线路绕击防护要求绕击跳闸等于或接近0。特高压线路塔高串长，环境复杂，只有减小保护角，比较适合采用线路避雷器、安装杆塔侧针[2]。

2.1 做好线路架设区域调查

在实际工作中，区域地形、地貌严重影响输电线路屏蔽作用。因此，需严格按照地形地貌，合理利用塔杆高度和接地电阻，才能发挥系统屏蔽作用，突出输电线路雷电绕击防护性。

2.2 保证计算精准性

输电线路的接地电阻能承受的雷电流幅值必须严格限定在一定范围内。若超出，线路安全性无法保证。所以，要严格按照模型设计计算，保证设计的细节、全面性，才能全面实现整个输电线路的雷电绕击防护性能的优化目标。

2.3 强化超特高压输电线路雷电绕击防护性能的参数精准完善

各项参数精准对雷电绕击防护性能影响显著。要合理计算各项参数，保证参数完善、规范、合理，达到强化线路雷电绕击防护性能的目的。

2.4 合理安装线路避雷器

避雷器是防止绝缘子闪络的专用设施，目的是提升线路的雷电抵抗性能。特高压输电线路雷电绕击防护要选择耐雷水平120 kA 以上设备，利用较大的绕击电流实现线路防雷击保障。在构建接地电阻时，要做好电压钳制作管理。依据接地电阻的计算，当线路耐雷水平达到100 kA 时，出现最大坡度下特高压输电线路雷电绕击的概率很低，选择此数值可有效应对大多数情形。

2.5 选择安装合适的杆塔侧针

用针电极尖端的先导特性解决特高压输电线路雷电绕击进行避雷是避雷的主要技术之一。在易出现雷击的线路区域内安装侧向避雷针，可减少对设备产生不良的影响。在实际工作中，根据实际选择合适的特高压输电线路雷电绕击侧针。因输电线路地形复杂，要在跨越山谷雷击高发地安装更多避雷侧针预防雷电。

3 结 论

特高压输电线路雷电绕击技术可以有效避免雷击对特高压输电线路产生的危害和影响。特高压输电线路雷电绕击影响因素包含保护角、输送电压和地面倾角等影响因素。为有效解决特高压输电线路雷电绕击隐患，不但要做好雷电绕击技术防护，还要安装好避雷针提高整体防护水平，进而保障电力网络的正常运转。