220kV 线路避雷器雷电绕击保护范围及优化应用研究

周桂明

广西博阳电力工程建设有限责任公司 广西南宁 530022

为保证电力系统的安全运行，减少输电线路雷害事故，人们对输电线路防雷这一课题进行了大量的研究。国内外超/特高压电网雷害事故统计表明，雷电绕击输电导线是造成输电线路雷害事故的主要原因。超/特高压输电线路作为远距离、大容量输电的主要方式，其供电范围非常之广，雷电绕击不仅会危害输电线路的绝缘，引起线路跳闸，还可能形成入侵波危害与线路相连接的发电厂和变电站而带来巨大的经济损失。因此，准确计算输电线路的雷电绕击率不仅能使超/特高压线路的防雷性能评估结果更可靠，还能及时发现输电线路中的防雷薄弱点。

1 绕击率分析

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 第6.2.1.2 条：“某区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，以及某区内的雷击电磁场强度仍没有衰减时，应划分为LPZ0B 区。”LPZ0B 区即直击雷防护区。英国《建筑物防雷实用规范》（BS6651-1999）第16.6.2 条：“……另一方面，即使安装了专设接闪器，还是存在一个绕击问题，即比所规定的雷电流小的电流仍有可能穿越专设接闪器而绕击于屋顶的可能性。”，也就是说，LPZ0B 区的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但小于该雷电流仍有可能会绕击。绕击是指雷电击中接闪器保护范围内的被保护物体上的直接雷击现象。绕击率是评价避雷针和避雷线对建筑物直击雷保护效果的重要指标[1]。由雷云向地面发展的先导放电通道头部到达击距（即滚球半径）位置以前，雷击点是不确定的，直到先导与地面物体的距离等于击距时，才开始定向，即对先到达其击距的物体放电。击距R（滚球半径）与雷电流幅值的关系式：R=10（i0）0.65（1）式中：R 为击距（滚球半径，m），i0 为雷电流幅值（KA）。

2 绕击率区划

按照1 类、2 类、3 类防雷类别，利用plot 函数绘制雷电绕击率区划分布图，图中黑色点区域即为存在绕击率的区域。①黑色点标记区域，主要分布在宣州区城区，涉及1 类防雷类别建筑物均存在绕击的可能性，在防雷工程设计、施工时应注意提高防护措施；②黑色点标记区域，主要分布在宣州区、郎溪县、广德市的部分地区，涉及2 类防雷类别建筑物均存在绕击的可能性，在防雷工程设计、施工时应注意提高防护措施；③黑色点标记区域，主要分布在宣州区、郎溪县、广德市、绩溪县、旌德县的西部、泾县的南部地区，涉及3 类防雷类别建筑物均存在绕击的可能性，在一些重要或人员密集场所，如省级重点文物、学校等防雷工程设计、施工时需要提高防护措施[2]。

3 220 千伏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220 千伏线路。220 千伏线路输送功率大，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。220 千伏线路塔高串长，环境复杂，只有减小保护角，比较适合采用线路220kV 线路避雷器、安装杆塔侧针。

3.1 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。

3.2 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。

4 实例分析

4.1 不同地面倾角下的雷电绕击率

雷电绕击率随地面倾角增大而成倍增大，这说明线路经过地面倾角较大的山区时更容易发生雷电绕击事故，也与实际运行经验相符。在地面倾角较小时，改进前后计算结果几乎相同；在地面倾角为25°时，改进后比改进前计算结果增大4.28%。这是因为改进前未修正击距曲线交点缩短了暴露弧的投影，保护弧的投影基本不变，从而使绕击率偏小。故通过修正击距曲线交点的坐标能提高雷电绕击率计算的准确度[3]。

4.2 不同保护角下的雷电绕击率

改进前后计算结果均表明雷电绕击率随保护角增大而增大；这与模型中保护角增大，暴露弧投影长度增加，保护弧投影长度减小相符。在保护角为0°、5°和10°时，改进后计算结果比改进前分别大3.03%、5.74%、11.70%。这是因为随着保护角的增加，雷电可以通过负的入射角绕击另一侧导线，且其可能性随着保护角的增加而增加。因此，随着保护角的增加，改进前雷电绕击率计算结果偏小越严重。

4.3 不同呼称高度下的雷电绕击率

杆塔呼称高度越低，雷电绕击率越低。这是因为杆塔呼称高度低，大大增强了地面对输电导线的屏蔽作用。随着呼称高度的增加，改进前雷电绕击率计算结果偏小越严重。在继续减少保护角而雷电绕击率降低不明显时，可通过选择呼称高度较低的杆塔来降低线路雷电绕击率。

5 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

5.1 合理安装线路220kV 线路避雷器

220kV 线路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120kA 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100kA 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。

5.2 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。

6 结语

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。