输电线路设计与运行中的防雷措施

2013-04-13张俊心

科技视界 2013年3期

关键词：避雷线架设避雷器

张俊心

（宁夏先科电力设计咨询有限公司，宁夏银川 750001）

0 引言

据统计，我国电力系统各类事故、障碍统计中，输、配电线路的雷害事故占有很大的比例。由于输电线路对于保“网”的重要地位，如何减少输电线路的雷害事故成为电力系统安全稳定运行的一项重要课题。

1 合理选择输电线路路径

大量运行经验表明，线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段。我们称之为选择性雷击区，或称为易击区。线路若能避开易击区，或对易击区线段加强保护，则是防止雷害的根本措施。实践表明，下列地段易遭受雷击：

1.1 雷暴走廊

1.2 四周是山丘的潮湿盆地

1.3 土壤电阻率有突变的地带

1.4 地下有导电性矿的地面和地下水位较高处

1.5 当土壤电阻率差别不大时，例如有良好的土层和植被的山丘，雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等

2 架设避雷线

2.1 架设避雷线

通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低(一般不超过线路的总造价的10%)。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。

为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线，应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。

为了起到保护作用，避雷线应在每基杆塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上，正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗，同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道，可将避雷线经过一个小间隙对地(杆塔)绝缘起来。雷击时，间隙被击穿，使避雷线接地。

随着线路电压等级的下降，线路的绝缘水平也随之逐级下降，避雷线的防护效果也就逐步降低，以致在很低电压(例如20kV以下)时失去实用意义。因此，避雷线一般只用于输电线路中。

2.2 采用绝缘避雷线防雷

送电线路的避雷线除用作防雷外，还有多方面的综合作用，如实现载波通信；降低不对称短路时的工频过电压、减小潜供电流；作为屏蔽线以降低电力线对通信线的干扰等。按照用途之不同，避雷线悬挂方式有两种，一种是直接悬挂于杆塔上，另一种是经过绝缘子与杆塔相连，即使避雷线对地绝缘。

由于避雷线至各相导线的距离一般是不相等的，它们之间的互感就有些差别，因此，尽管在正常情况下三相导线上的负荷电流是平衡的，但在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。如果避雷线逐杆接地，这个电动势就要产生电流，其结果就增加了线路的电能损失。这个附加的电能损失是同负荷电流的平方和线路长度成比例。

3 降低杆塔接地电阻

3.1 利用接地电阻降阻剂

3.2 采用爆破接地技术

3.3 采用多支外引式接地装置

3.4 采取伸长水平接地体

4 安装线路避雷器

即使在全线架设避雷线，也不能完全排除在导线上出现过电压的可能性，安装线路避雷器可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制了电压的升高，保障了线路、设备安全。雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相邻杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。

雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为：

式中：i为雷电流；Rd为冲击接地电阻；L×di／dl为暂态分量。

加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。

5 架设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方(或附近)再架设一条地线。它的作用主要有以下方面：

5.1 加强避雷线与导线间的耦合，从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量

5.2 增加了雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流

运行经验表明，耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山区的输电线路其效果更为明显。我国曾对110kV和220kV有避雷线线路采用过加装耦合地线的作法。

6 采用中性点非有效接地方式

多年来的运行经验表明，在电力系统中的故障和事故，至少有60%以上是单相接地。但是，当中性点不接地的电力系统中发生单相接地故障时，仍然保持三相电压的平衡，并继续对用户供电，使运行人员有足够的时间来寻找故障点并作及时的处理。35kV及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。

考虑到35kV系统是中性点不直接接地的小电流接地系统，允许单相接地短路运行，那么在线路设计时，应把无避雷线部分线路尽量采用导线三角型排列方式，使最上面一相导线充当避雷线的作用。架设避雷线的进线段，应尽量采用导线水平排列的门型杆塔，因双避雷线对雷电流有分流作用，可降低雷击杆顶的电位，使雷击跳闸率减少；若其间有单杆双杆交替，因单双避雷线的过渡点与导线由三角形排列向水平排列的过渡点在施工过程中难以保证同一，会造成导线过渡点附近的保护角过大，而增加绕击机会。同时，双避雷线在杆顶还要互相联结并分别装设接地引下线。