电力输电线路的防雷击技术分析

杨 永

（国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，吉林 吉林 132000）

0 引 言

近年来，我国电网规模不断扩大。由电力规划设计总院发布的《中国电力发展报告2023》可知，2022年我国用电结构持续优化，供需基本平衡。在电力输送线路规模不断扩大的过程中，线路运行风险持续增加，如雷击风险。雷击不仅会导致电力输电线路损坏，而且会以雷电波的形式侵入变电站，破坏电力设备绝缘，影响整个电网的正常运行。因此，分析电力输电线路的防雷击技术具有重要的现实意义。

1 电力输电线路的雷击及防控过程

雷击电力输电线路时，因带电云层放电初始电位较高，易击穿空气产生先导通道。此时，雷云放电可视为一个电流源，其传输通道存在稳定波阻抗[1]。电力输电线路雷击防控是指控制电力输电线路遭受雷击时绝缘子不闪络，即便绝缘子闪络，但在冲击闪络时间较短情况下，线路不会跳闸。可见，绝缘子闪络和冲击闪络时长是电力输电线路雷击防控的主要对象[2]。

2 电力输电线路的防雷击技术

2.1 接地技术

接地技术是电力输电线路防雷击的主要技术，需要在电力输电线路的给定点与局部地之间做电连接，或者在与大地存在电接触的部分埋入特定导电介质作为接地极[3]。接地极可选择金属接地极，也可选择石墨接地极，其中石墨接地极是一种新型接地极，兼具价格低、耐高温、导电性佳、电流分布均匀、趋肤效应小以及耐腐蚀性强等优良特点。一般输电线路接地装置可选择Φ20 mm石墨缆，水平开挖宽300 mm以上沟槽，在沟槽底部布设石墨。接地石墨体搭接长度超出200 mm，需要借助专用石墨线牢固绑扎。埋入石墨体后，分层回填素土并夯实。

电力输电线路接地电阻对杆塔上端电位具有直接影响。减小接地电阻值是控制杆塔顶端电位和降低输电线路雷击跳闸率的有效手段。根据土壤电阻率、设计实施方案、运维操作等，相关人员应在严密观测杆塔所在地土壤电阻率的基础上，合理设计接地方案，并以地闪密度大量发生为节点进行接地电阻测量，形成动态接地电阻测量处理台账，为降低接地电阻方案的制定提供依据。例如：动态接地电阻显示区域输电线路杆塔接地体化学电阻较大，可选择减阻器，减少杆塔周边土壤电阻；而在动态接地电阻测量台账显示区域输电线路杆塔接地体物理电阻较大时，可选择深埋接地体或者更换新接地体的方式。

2.2 避雷技术

2.2.1 避雷线技术

杆塔避雷线保护是降低雷击下输电线跳闸率的有效手段。一般避雷线保护线小于20°。若为同杆并架输电线路，则需控制避雷线保护角在0°及以下（负度数）；若位于山麓地带，应考虑地形增加线路保护角的因素，将避雷线保护角降低至-5°。根据电压等级的差异，还需适当调整杆塔避雷线保护角，具体如表1所示。

表1 不同电压等级杆塔保护角 单位：°

2.2.2 避雷器与避雷针技术

在全线架设避雷线并无法真正避免电力输电线雷击过电压现象。线路型避雷器是一种补充方法，负责将雷击产生过电压释放到大地，限制电压上升，保障电力输电线路安全[4]。线路避雷器主要是在电力输电线路绝缘子两端加装避雷器，以便向导线传导大部分雷电电流，并向相邻塔内流入。此时，在电力输电线路绝缘子遭受雷击时，仅有少部分流入大地，绝缘子闪络电压超出电力输电线路杆塔上端导线间电位差，从源头控制绝缘子闪络，避免安装塔雷电跳闸。在相邻连续输电线路基础杆塔一定的情况下，相关人员可以选择加装三相避雷器、分相加装避雷器以及分多基杆塔加装避雷器等。对于个别易受雷击杆塔，相关人员可以在任意两相对一基、连续三基杆塔安装避雷器。根据地形差异，线路避雷器安装位置具有一定差异。常规地貌下，优先在上相、中相安装避雷器。避雷器主要安装在雷电易损线外侧，并在另外一侧增设2个绝缘子。跨越高速、重要输电线路杆塔且接地电阻超出15 Ω时，全部加装避雷器。平原地区，优先在中相安装避雷器。横跨山谷、河流的杆塔，优先在中相、下相安装间隙氧化锌材质避雷器，并设置避雷针、旁路屏蔽站。处于斜坡、山脊线的杆塔，在中相（山坡倾斜度小于28°）或下相（山坡倾斜度大于28°）安装避雷器。

安装避雷针是一种有效的防雷击方法，主要是在高压电力输电线路的不同部位架设多类型避雷针。一般需要将可控放电避雷针安装到高压输电线路塔顶，借助避雷针吸引直击雷，抑制雷电绕击高压输电现象的发生。将防绕击避雷短针安装到地线上，重点防控距离（20±10）m雷电绕击危险区域内的累计危害。在地线上架设避雷针且侧向断针长度超出临界电晕半径的情况下，可在侧向断针位置出现上行先导通道，增强地线引雷能力，从而实现在发生雷击前的提前拦截。

在安装避雷针或避雷器时应可靠接地，确保相关雷电保护装置顺利向大地泄放电流。

2.3 疏导型防雷技术

疏导型防雷技术属于差异化防雷，即人为对同塔双回两侧线路绝缘强度进行干预，差异化调节两侧输电线路防雷击水平。在杆塔遇到雷击时，绝缘强度较低的一侧发挥引雷作用，保护高绝缘强度线路不遭受累积故障，降低同塔双回线路同跳闸概率。并联间隙是疏导型防雷手段之一。根据疏导工频电弧、接闪雷电要求，它可以将并联间隙设备并联安装在电力输电线路绝缘子上，允许电力输电线路具有较低的雷击跳闸概率，结合线路重合闸装置的运行，有效控制雷击闪络时永久性线路故障。一般并联间隙设备可以加装到边相（绝缘子外侧），与导通方向成90°。对于非边相，则从电极端部出发，顺着电力输电线路两端进行并联间隙设备安装。同杆并架的耐张塔，仅需在上相加装。对于耐张绝缘子串，需要在绝缘子串上端加装并联间隙电极，稳固接地侧间隙电极，充分发挥接地侧放电引弧作用。对于转角塔的耐张串，需要在两端加装并联间隙电极。若塔头空气间隙超出绝缘子串绝缘距离，则将V型串视为悬垂串，在其中一串前后侧各安装一对间隙电极，满足基准绝缘子串长空气间隙85%±2.4%的要求。

2.4 不平衡绝缘技术

不平衡绝缘配合设计归属于差异化防雷，适用于输电线路走廊受限、同杆双回架设（两回垂直排列）较多、杆塔高度超出单回路塔高度的线路，可以解决电力输电线路杆塔、档距中央放电途径绝缘选择与配合问题[5]。常见的不平衡绝缘配合技术包括杆塔绝缘配合、档距中央导线对地和各种被跨越物的绝缘配合、档距中央导线及避雷线绝缘配合、档距中央不同导线之间绝缘配合等。在不平衡绝缘配合设计时，需合理选择绝缘串片数量。同一电压等级，耐张绝缘子串应超出悬垂绝缘子1～2片。在绝缘串片数量一定的情况下，应根据绝缘子参数和不同绝缘子作用，恰当选择安装参数。例如，FXBW4-220复合绝缘子盘径（148 mm）小于XWP-70盘型悬式瓷绝缘子（18片）的盘径（255 mm），在相同环境下，FXBW4-220复合绝缘子绝缘能力更弱，需加装均匀压环，或者将高压易发生雷击过电压故障杆塔复合绝缘子更换为4～5片或7～8片玻璃型绝缘子，并在玻璃型绝缘子表面喷涂防闪污涂料如持久性就地成型防污闪复合涂料，提高绝缘性能。

2.5 全自动实时雷电监测技术

电力输电线路雷击过电压事故多集中在固定区域。有效掌握相关区域位置，是雷击针对性防控的关键。全自动实时雷击监测技术是一种新型防雷技术，可以全天候自动监测闪络回击辐射声、光、电磁特性，提高某一区域年雷电现象发生具体位置定位精度[6]。相关人员可以在电路输电线路重点区域应用全自动实时雷电监测技术，统计分析区域落雷密度、雷电流强度，并在后台实时统计指定区域年、月、日雷电活动情况以及当日雷电流平均幅度、落雷个数，直观展现一段时间内线路所在区域的雷电活动规律，为线路防雷改造提供依据。在全自动实时雷击监测的基础上，技术人员可以经互联网集成历史雷电信息、输电线路全球定位系统（Global Positioning System，GPS）坐标、雷电故障基础信息、雷击闪络算法，借助大数据挖掘内部信息，助力输电线路防雷击决策，包括防雷击设施选配、绝缘配置、雷击故障点杆位判断以及输电线路路径规划等。输电线路防雷击决策系统如图1所示。

图1 输电线路防雷击决策系统

根据图1，可以将选配配电线路干线、分支线各杆塔的GPS坐标导入雷电定位系统，经系统端可视化展现不同时间段线路1 km范围内的雷电流强度和落雷密度[7]。这些数据经系统端自带统计学模型，结合雷击方位、雷击电流幅值等随机变量，计算雷击闪络概率，为输电线路防雷击决策提供支持，计算公式为：

式中：P为引起输电线路绝缘子闪络的概率，%；I为引起输电线路绝缘子闪络的雷电电流，A；h为导线垂直方向至最大距离段落长，取值88 m。

3 结 论

防雷击是电力线路安全运行的保障。在应用防雷击技术前，电力输电线路运维人员需要综合考虑线路电压、负荷性质、运行方式、地区雷电活动强弱、土壤电阻率高低、地形地貌特点以及当地已有线路运行经验等，选择恰当的技术类型，如接地技术、避雷器技术、不平衡绝缘技术等。在确定防雷击技术后，运维人员可以根据设计图纸科学操作，充分发挥防雷击技术优势，降低雷电对电力输电线路的危害。