220kV输电线路防雷设计探析

刘毅

(安徽宏源电力设计咨询有限责任公司，安徽 合肥 231202)

220kV输电线路防雷设计探析

刘毅

(安徽宏源电力设计咨询有限责任公司，安徽 合肥 231202)

介绍了雷电的形成原因，输电线路常见雷击的种类及特征，并在此基础上提出了科学有效的220kV输电线路防雷措施。

输电线路；防雷；措施

1 引言

电网事故绝大多数为输电线路故障，而输电线路故障主要是由雷击跳闸造成的。近年来，由于环境条件的不断变化，雷击引起的输电线路跳闸故障也日益增多，不仅影响设备的正常运行，造成设备损坏、大面积停电、电网瓦解等恶性后果，也极大的影响了人们的日常生产和生活，引起社会恐慌，并造成恶劣的社会影响。因此，防止雷击跳闸能大幅降低输电线路出现故障的几率，从而有效降低电网事故发生率。经过多年摸索与实践，如今我国的输电线路防雷、耐雷水平有了明显提高，各种防雷技术应运而生，而找到其中最科学有效的措施就是当前输电线路设计、施工、运行和维护的一项关键工作。

2 雷电的成因

雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中。积雨云随着温度和气流的变化会不停的运动，运动中摩擦生电，就形成了带电荷的云层，某些云层带有正电荷，另一些云层带有负电荷。另外，由于静电感应常使云层下面的建筑物、树木等带有异性电荷。随着电荷的积累，雷云的电压逐渐升高，当带有不同电荷的雷云与大地等凸出物相互接近到一定程度时，其间的电场超过25～30kV/cm，将发生激烈的放电现象，同时出现强烈的闪光。由于放电时温度高达2000℃，空气受热急剧膨胀，随之发生爆炸的轰鸣声，这就是闪电与雷鸣。

雷电的大小和多少以及活动情况，与各个地区的地形、气象条件和所处的纬度有关。一般山地雷电比平原多，建筑物越高，遭受雷击的机会越多。220kV输电线路为金属构筑物，且通过地区大多为人类活动较少的山区，平原空旷地带，遭受雷击的几率很大。

3 输电线路雷击的种类

3.1 雷击的种类

雷击是一种自然现象，输电线路遭受雷击的种类可以分为感应雷和直击雷两种。感应雷也称为雷电感应或感应过电压。它分为静电感应雷和电磁感应雷。直击雷可分为反击和绕击两种。

3.2 感应雷

静电感应雷是由于雷云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生出很高的静电电压，其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压往往会造成建筑物内的导线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成危害。

电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种迅速变化的磁场能在临近的导体上感应出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泻入地下，可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。另一方面，电磁感应产生的高电位会沿着导线以及信号侵入变电站或建筑物内，这种雷电波侵入也会对电气设备造成危害。

3.3 直击雷

直击雷是带电云层与建筑物、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，放电时伴随电效应、热效应，电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，具有很强的破坏作用。有效的直击雷防护措施为采用避雷针、避雷带、避雷线或金属物件作为接闪器将雷电流接收引下至大地。

3.4 绕击雷

绕击雷的雷击形式主要为雷电绕过避雷线击于输电线路，这种形式的雷击事故主要与避雷线对边导线的保护角[1]、杆塔高度以及高压送电线路经过地区的地形、地貌和地质条件有关。针对绕击雷的防雷设计应考虑两方面：①对设计耐雷水平远高于本地区雷电活动强度的接地体，可在高空拦截雷电先导，不使其进入接地体绕击区；②降低雷电先导对接地体闪击的定位高度，同时在接地体侧面安装接闪装置。

3.5 反击雷

反击雷的雷击形式为输电线路的杆、塔顶部或避雷线遭受雷击时，电流流过塔体和接地体引起杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压[2]。当杆塔电位与感应过电压的电位差超过输电线路绝缘闪络电压极限值时,导线与杆塔之间就会发生闪络。这种雷击的防护措施主要有降低杆塔接地电阻、提高耦合系数以及加强高压送电线路绝缘等。

4 220kV输电线路防雷措施

4.1 架设避雷线

架设避雷线是送电线路最基本的防雷措施之一。避雷线在防雷方面有以下功能：一是可以防止雷直击导线；二是雷击塔顶时对雷电流有分流作用减少流入杆塔的雷电流，降低塔顶电位；三是对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时塔头绝缘上的电压；四是对导线有屏蔽作用，降低导线上的感应过电压[3]。

头孢呋辛酯的敏感性随地域和时间而变化，如果有，应查阅当地的敏感性数据。β‐内酰胺酶阴性、耐氨苄西林（BLNAR）的流感嗜血杆菌分离株应被认为对头孢呋辛酯具有耐药性。

对于220kV输电线路应全线架设避雷线，在年平均雷暴日数不超过15天的地区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可架设单地线，山区宜架设双地线。220kV输电线路地线对边导线的保护角不宜大于15°[4]。

4.2 降低杆塔接地电阻

众所周知，输电线路的耐雷水平和接地电阻是成反比的，通过架设避雷线与降低杆塔接地电阻两种形式的防雷措施相配合，可以使得输电线路的防雷性能得到有效增强(降低雷击时输电线路的过电压作用)。

降低杆塔接地电阻，一般采用增设接地装置，采用引外接地装置或连续伸长接地线(在过峡谷时可跨谷而过，起耦合作用等)。连续伸长接地线是沿线路埋设1～2根接地线，并可与下一基塔的接地装置相连。此时对工频接地电阻值不做要求。国内外的运行经验证明，它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。

山区线路多数处于高土壤电阻率地区，对接地电阻超规的杆塔，可采取加降阻剂、挖深接地槽改善接地土壤电阻率的办法将接地电阻降低到规程规定的范围内，并按规程要求每五年对全线杆塔接地电阻摇测一次，每两年对变电站进出口1～2km的接地电阻摇测一次，发现不合格的及时进行更换处理。

4.3 增设耦合地线

为提高线路的防雷性能，减少线路的雷击跳闸率，可采用在导线下方(或其附近)加挂耦合线(及架空地线)的办法。其增强输电线路防雷性能的机理为增大避雷线和输电线之间的耦合系数。加挂耦合线虽不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用和耦合作用，降低杆塔绝缘上所承受的电压，提高线路的耐雷水平。

4.4 加强线路绝缘

绝缘子性能的好坏对绝缘能力有直接影响。针对一些特别区段及雷击较频繁地区，应采取相应措施强化输电线路的绝缘配合，以提升其耐雷水平。比如绝缘子串所承受的冲击放电电压值增大一半，则可酌情增加一片绝缘子。事实证明，增加一片绝缘子的新线路投运后耐雷水平得到了明显的提高，出现雷击跳闸故障的几率大大降低。合成绝缘子由于重量较轻、强度很高、免维护、防污性能极强等优势获得了不少输电线路运行单位的垂青。但实践经验证明，在多雷区选用合成绝缘子极易发生雷击跳闸故障，这主要是由于合成绝缘子雷电全波冲击所能承受的电压比同电压等级输电线路上的瓷绝缘子要低。

4.5 安装线路避雷器

在雷电活动非常频繁的地段，对于接地电阻经过改造后仍然无法满足要求的杆线应安装线路避雷器。它和绝缘子并联于杆塔上，当雷击杆塔或避雷线时，其串联间隙放电，由于线路避雷器雷电动作特性与绝缘子相比更低，因而可以确保绝缘子不再发生闪络，从而有效预防输电线路因跳闸而停电。线路避雷器在预防雷电直击杆(塔)顶、避雷线及绕击导线后对绝缘子造成的冲击闪络等方面效果非常明显。

3.6 安装自动重合闸装置

装设自动重合闸装置也是一种重要的输电线路防雷措施，在我国66kV及以上高压输电线路中应用常见。安装自动重合闸装置的输电线路遭受雷击自动重合闸成功率可达75%～95%左右。线路自动重合闸装置通过完成自动重合闸可有效提高输电线路的稳定工作性能，但输电线路在受到雷击完成线路重合闸时，为了保证输电线路的安全可靠性，还需对输电线路瞬时故障进行必要的检查，分析和判断雷击原因，清查出输电线路中可能存在的雷击隐患。

3.7 校验输电线路保护角

应按实际状况对雷电活动较为频繁的空旷线路保护角进行校验，对于输电线路保护角较大的杆塔，必须通过安装避雷器或避雷针的手段来降低输电线路发生雷击故障的几率。

5 结语

输电线路是电力系统中不可或缺的一部分，为了保证电力系统的正常运行，应切实做好输电线路的防雷措施。输电线路防雷技术的合理设计，将会减少或降低雷击的跳闸率。由于雷电是自然现象，很难掌握其规律性，只能按原有的经验，在原来的经济技术的基础上，采用新的技术对其进行预测，做好防控工作，尽量降低雷击概率，使雷击的跳闸次数减少。我国当前的防雷技术还不够成熟，如何有效地降低或消除雷电事故，仍需继续探索，不断总结经验教训，使输电线路防雷技术更加完善，促进我国电力事业的发展。

[1] 赵华.输电线路综合防雷措施分析[J].广东科技,2013(7):61-62.

[2] 王剑，刘亚新，陈家宏，等.基于电网雷害分布的输电线路防雷配置方法[J].高电压技术，2009(15)：128-136.

[3] 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].2版.北京:中国电力出版社,2003:134-135.

[4] GB 50545-2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010.

Analysis of Lightning Protection Design of 220kV Transmission Line

LIUYi

(Anhui Hongyuan Electric Power Design and Consultation Co.,Ltd,Hefei 231202,China)

The article describes the causes of lightning,the types and their characteristics of lightning of transmission lines,and on this basis put forward scientific and effective lightning protection measures of 220kV transmission line.

transmission line；lightning protection；measure

1004-289X(2014)02-0005-03

TM726

A

2013-11-26

刘毅(1980-),男,安徽岳西人,助理工程师,三峡大学电气与新能源学院工程硕士研究生,研究方向为输电线路工程技术。