220kV高压输电线路防雷接地技术探析

陈 卓 陈嘉康

（国网重庆电力公司北碚供电分公司）

0 引言

输电线路受到雷电威胁较大，在电路连接设计时，需要考虑其防雷性能和特点，确保防雷效果符合要求，保障高压电路的正常使用。目前常见的防雷方式可以归纳为两种，其一为将雷电阻挡在设施之外，避免雷电进入而影响系统运行；其二为将雷电引导到其他区域，减轻雷电对重点区域相关设备的影响。

1 220k V输电线路雷击形式

高压输电线在被雷击时会发生闪络，以此为依据，将输电线路的雷击形式分为两类：

其一为直击。在雷电直击塔顶避雷线时，电流会通过避雷线传导入相邻的杆塔结构，随着杆塔传输到大地。该情况下一部分雷电电压会留在杆塔中，与导线上的电位形成高位电压差，从而引发杆塔导线闪络。此类雷击故障在山区输电线中发生概率相对较高。

其二为绕击。在雷电经过线路时，受到电感影响，容易出现雷电绕击故障，发生时会产生瞬间高压，使导线电位快速提高，此时导线的电位差与杆塔电位差相差过大，引起绝缘子串击穿放电，随之出现闪络现象［1］。由于绕击产生的瞬时电压和电流较大，使其危害相对较大且发生较为频繁，其中高压线路发生概率更大，一般占总绕击的80%左右。对其产生原因进行分析，能够发现其与高压线路保护角有关，具体公式如下：

其中，Pa为输电线路绕击率；β为高压线路保护角。

根据相关架空电线设计技术规程，在保护角小于等于10°时，发生绕击概率下降较为明显，在超过10°时，雷电绕击概率提升，且跳闸概率提升到68%以上。因此，在进行防雷系统设计时，应减小高压线路保护角，以降低雷电故障概率。

2 220k V输电线路防雷保护配置

随着输电线路网络的不断完善，雷电对输电线路的影响也在不断增大，为保障输电线路的稳定性，应积极优化线路保护配置。通过利用线路保护方式，在危险情况下保护输电线路不受雷击影响，维护系统安全运行。在设置配置方式时，应分析雷击风险和特点，结合实际情况优化线路配置方案，以全面提高输电线路的运行稳定性。

输电线路主线连接过程中，应按照标准顺序和要求设计，确保电能顺利传输到变电站中。为降低雷电带来的影响和破坏，在主线路设计时，应明确线路的负荷大小以及系统备用容量情况，针对实际情况，提高线路的可靠性和灵活性。在220kV输电线路中，基本接线连接分为有汇流母线连接和无汇流母线连接，按照不同连接方式要求进行连接，提高接线安全性。在变电站侧主接线设计时，应按照《电力工程电气设计手册》要求，使用单母线分段连接方式。当出现一组母线故障停电时，系统自动调整使用另一组母线完成正常供电，在交替使用的情况下，提高输电线路的运行安全性和效率。

在主接线中配置相应的安全装置，一是设置隔离开关，在变压器机组单元连接时，设置隔离开关，注意避免将隔离开关设置在出口处，以免影响实际应用效果，同时在出线上设置断路器和电抗器，提高线路稳定性。二是设置接地刀闸或接地器，在断路器两侧或隔离开关线路上配置接地刀闸，加强线路检修安全性。

3 防雷接地技术基础概念

防雷接地技术需要将雷电导入到大地中，因此，需要考虑该区域的土壤电阻率情况，确保土层能够顺利将电流转移出去［2］。在测量时，需要在区域范围内设置不同的测量点，测量该位置的电阻情况，利用该电阻值模拟分析区域电阻率，如图所示。

图 模拟法测量土壤电阻率的原理图

图中M为接地电阻测量设备；G为被测量土壤区域中的接地装置；P1、P2、P3为测量电压极；C1、C2为测量电流极；h为测量电极长度。

将该系统安装在土壤较为均匀的环境中，进行测量，使用公式（2）计算电阻率ρ：

其中，d为接地电极的直径；h为电极长度；R为电阻。

通过模拟法分析，并在实际的场地中设置测量点，得到不同季节条件下土壤的季节系数Ψ，结果见表。

表 不同土壤的季节系数

结合土壤实际情况，计算土壤电阻率：

其中，ρ1是计算值；ρ0为实测值；Ψ为季节系数。

4 高压输电线路防雷接地方法

4.1 合理构建输电线路传输路径

设置线路时，应提前了解传输路径中是否穿过雷击严重区域，同时调整设计路径避开雷区，才能从根本上减少雷击的发生次数。相关设计人员应明确工程施工的区域，并探究其中是否存在森林、矿区等复杂地势环境，适当调整线路，避开此类地形，以减少雷击的风险［3］。

4.2 降低杆塔接地电阻

为减少雷击情况下对输电线路的冲击力，在进行系统设计时，需要计算杆塔的电阻和土壤的导电率，并与相关的电压保护规范进行对比，优化整体架空线路中杆塔的设计与应用［4］。在防雷杆塔结构接地施工过程中，应采取恰当的方式降低接地电阻，设计和施工人员应采取恰当的施工方式，将电阻降到10Ω以内，提高结构的防雷能力。在施工过程中，首先，可以选择水平外延接地的方式，将杆塔所在区域进行调整，构建能够实现水平放射的区域，并调整地下结构。其次，可以通过深埋杆塔接地极的方式，将杆塔结构中的接地极埋设深度加深，提高结构的安全性。最后，采用填充法降低电阻，在杆塔附近的土层中填埋电阻率较低的物质，利用该类物质代替原本的土层结构，从而达到降低电阻、顺利导电的效果，全面强化防雷接地施工质量。

4.3 架设接地线及避雷器

在防雷接地施工时，需要架设耦合接地线，该方法可以在一定程度上降低接地电阻，使杆塔实际输电的稳定性更加理想。在输电导线下方设置一条接地导线，并将其通过架设的方式连接到大地。在出现较大的雷击现象时，耦合接地线能够帮助杆塔分流，降低杆塔输电压力，保障整体接地结构运行的高效性。一般情况下，220kV高压输电线路中合理配置架设耦合接地线，能够明显降低雷击带来的影响，其中跳闸率能够降低50%左右，具有较高的实用性。

避雷器主要包括线路型避雷器和侧向避雷针，在安装线路避雷器时，应将其与线路绝缘子按照串并联的方式连接，以提高线路的抗雷击能力。此类避雷器能够在雷击状态下将雷电分流，使电流分别进入杆塔结构和线路，最后导入大地。在实际安装施工时，为提高防雷性能，可以适当调整导线电位，降低电位差，从而降低闪络发生概率，提高输电线路运行的安全性。

4.4 优化设备结构体系

为进一步优化防雷接地技术的实施效果。一方面，应采用并联保护间隙技术，利用并联的金属电极构成间隙，放置到闪络位置，避免绝缘子受到闪络电弧影响，维持整体系统的稳定性。另一方面，应优化绝缘结构，一是应合理调整绝缘子串的具体片数，结合当地的雷击情况以及实际输电防雷接地工程的耐雷要求，计算并选择绝缘子串片数，提高绝缘效果。二是优化塔顶空气间隙绝缘能力。分析塔顶输电线路对空气间隙的绝缘强度需求，合理调整间隙的绝缘性能，大幅度降低闪络故障的发生概率。

5 结束语

综上所述，在电力系统不断发展过程中，通过分析得出以下结论： （1）为使220kV高压输电线路在不同条件下均保持稳定性，应在电路系统上设置完善的防雷接地体系； （2）通过借助高效的防雷设施和方法，有效提高对雷电的抵抗能力，进一步降低雷击带来的不良影响； （3）防雷接地方法是输电线路防雷击的重要手段，通过优化电路中杆塔设置情况、防雷体系安装流程等方式，全面加强防雷系统施工效果，维护高压输电线路的运行安全。