输电线路防雷分析与对策

朱亦勤

摘 要：文章首先对输电线路防雷保护技术国内外研究现状进行了综述，然后分析了某个地区的防雷措施，然后论述了该地区防雷措施的选择。

关键词：输电线路；防雷；措施

1 国内外研究现状

从时间上看，输电线路防雷保护技术有四个集中发展时期。1930年以前，由于线路电压等级低，主要以防感应雷为主，在导线下方挂2条避雷线，作为耦合地线使用；1930年至1950年，美国大量220kv架空线路建成投运并积累了一定的运行经验和故障统计，发现由于电压等级提升以及绝缘技术水平的提高，直击雷故障成为主因，防雷措施研究逐渐转移到以防直击雷为主；1950年至1962年，有研究学者提出利用行波理论分析计算绝缘子串端电压的方法，期间，美国OVEC-345kv线路的高雷击闪络率，引发对以往防雷保护计算方法和雷电流参数重新评估，大幅推进了架空输电线路防雷计算、现场勘测、模拟实验等理论实践研究应用；1962年至今，是模拟实验、现场勘测、统计计算方法和微机技术综合应用的阶段。

从技术上看，针对线路雷害事故形成的主要四个阶段，相应有四类技术。（1）防直击技术，即防止导线直接遭受雷击，如架设避雷线、减少避雷线保护角、加装避雷针等；（2）防闪络技术，即防止输电线路遭受雷击后发生闪络，如降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、安装线路避雷器等；（3）防建弧技术，即防止输电线路发生闪络后建立稳定的工频电弧；（4）防停电技术，即防止输电线路雷击跳闸后重合闸不成功造成电力中断，如加装并联间隙等。

俄罗斯的运行经验表明：110～220kv架空输电线路雷击跳闸以反击为主；330kv架空输电线路雷击跳闸反击和绕击大致各占一半；550～750kv架空线路雷击跳闸以绕击为主。因此，对输电线路耐雷性能的分析主要包括反击耐雷性能分析和绕击耐雷性能分析。

2 某地区防雷措施分析

某地区输电线路上经常采用的主要防雷措施有：（1）减小线路保护角；（2）加强线路绝缘水平；（3）降低杆塔接地电阻；（4）架设耦合地线；（5）加装并联保护间隙；（6）安装可控放电避雷针；（7）安装线路氧化锌避雷器。

2.1 减小线路保护角

对于新建线路，可以通过对杆塔的设计，寻求最为适合的保护角，相应的会增加杆塔的投资费用，杆塔承重和基础应力的要求也会相应提高。我国规程规定，对于避雷线保护角，一般采用15°至20°。对于已建成或老旧线路，改变线路保护角的工程复杂，需要停电对杆塔结构进行系统改造，施工周期长，投资高，工艺难，经济性不理想。

2.2 加强线路绝缘水平

通过更换新型绝缘字或增加绝缘子片数，用以提高绝缘子的U50%放电电压，进而提高线路的耐雷水平。我国规程规定：全高超过40米且有避雷线保护的输电线路杆塔，每增高10米就应增加一片绝缘子；全高超过100米的输电线路杆塔，绝缘子数应结合现场运行经验通过计算确定。对采用不平衡绝缘方式配置的220kv及以下同塔多回线路，宜采用不平衡高绝缘措施降低线路的多回同时跳闸率，较高绝缘水平的一回宜比另一回高出15%。

2.3 降低杆塔接地电阻

杆塔接地电阻和土壤电阻率直接决定了雷击杆塔时塔顶电位，目前降低杆塔接地电阻或土壤电阻率能有效降低雷击塔顶电位，提升线路耐雷水平，有效地防止反风险。实际工程实践中，通过改善接地电阻来提升线路耐雷水平的成本相当经济，杆塔接地电极的造价在工程总造价中比例不到1%。降低杆塔接地电阻的主要措施有：增加射线长度、加装垂直接地体、加装接地模块或采用降阻剂等。我国规程规定杆塔的工频接地电阻一般为10至30Ω。重要同塔多回线路杆塔工频接地电阻宜降到10Ω以下；一般同塔多回线路杆塔宜降到12Ω以下。目前，已经严禁使用化学降阻剂或含化学成份的接地模块进行接地改造。

2.4 架设耦合地线

架设耦合地线是一种有效的防绕击措施，按架设的位置不同分为两类，把直接增设在线路导线下方的称为直挂式，把架设在线路两侧（或一侧）的称为侧面式。耦合地线可增加导线和地线之间的耦合作用，同时具有分流作用。在满足杆塔机械强度和导线对地距离情况下，可根据地形地貌采用架设耦合地线技术。运行经验表明，架设耦合地线是降低线路雷击跳闸率的重要措施。但是架设耦合地线施工困难，地形条件限制十分明显，又不可避免的增加线路运行电能损耗，还有可能需要砍伐线路走廊树木，使得线路运行维护的工作量和难度会增大。实际应用中，考虑耦合地线被盗严重应慎重选用；对于已架设耦合地线的线路则应加强巡视和维护。

2.5 加装并联保护间隙

在绝缘子串两端并联一对金属电极，构成保护间隙，通常保护间隙的长度小于绝缘子串的串长。架空线路遭受雷击时，因保护间隙的雷电冲击电压低于绝缘子串的放电电压，故保护间隙先放电，持续的工频电弧被引至电极端头，最终借助电动力沿电极端头吹开及消散，保护绝缘子不受损坏。优点是保护了绝缘子，减少绝缘子的更换工作量，且保护间隙结构简单，造价低廉。缺点是对于现有线路，安装并联间隙会短接部分绝缘子，从而造成线路绝缘水平降低，反而导致雷击跳闸率有一定升高。若为保持安装并联保护间隙后绝缘水平不变，则又需要增加绝缘子串长度，线路成本增大。在雷击跳闸率较高的情况下，或者是重要线路的情况下，不宜安装并联间隙。

2.6 安装可控放电避雷针

相对于传统的避雷针来讲，可控放电避雷针不等雷电场强增加到一定的程度就能够提前放电，保护半径更大，降低了每次接闪时的雷电流脉冲强度，减少了雷电感应引起的二次效应，更为安全。经过于塔头安装了可控的放电避雷针，可以有效的提高杆塔引雷的能力，增强杆塔对于其附近的导线雷电屏蔽的能力，从而降低了雷电绕击导线概率，减小绕击的跳闸率，同时因为能够发生绕击雷电流一般比较小，接地的电阻值控制于允许的范围之内时被吸引到杆塔也不会发生反击闪络，也不增加反击的跳闸率。合理安装方式与安装方法对于可控放电避雷针防护的效果很关键，220kv及以上线路安装塔顶避雷针的杆塔应严格控制考虑季节系数修正后的杆塔工频接地电阻不大于15Ω。

2.7 安装线路氧化锌避雷器

将线路避雷器与绝缘子串并联安装，当雷电绕击线路或雷击杆塔时，绝缘子两端产生的过电压超过避雷器动作电压，避雷器动作，雷电流经避雷器泄放后，流过避雷器的工频电流仅为毫安极，工频电弧在第一次过零时熄灭。近年来，随着金属氧化物避雷器的技术的成熟，以及制作成本的降低，在输电线路运用避雷器维护现已逐步被人们认同，开始了广泛的实践。220kv输电线路采用避雷器维护后，可使杆塔的耐雷水平提高到200至300kA，耐雷水平大幅度提高，基本上很少发生闪络。如果全线应用避雷器，则雷击闪络故障率可降到很低，这是避雷器维护的最大优点。在现已运行的220kv输电线路上的易击段、易击点安装线路避雷器，由于线路避雷器可以同时防止绕击和反击，并对杆塔接地电阻需求不高，从实际运行的效果来看，效果也非常明显，可以较大地提高线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率，从而减少线路的非计划停电时间，提高供电可靠性。

3 某地区防雷措施选择

输电线路防雷措施选择的目的，就是要提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。影响雷击跳闸的主要因素有地闪密度、雷电流幅值、地形地貌、地面倾角、线路保护角、线路绝缘水平、杆塔高度、杆塔接地电阻等。针对以上主要影响因素，有针对性地采取改造措施，可以明显地减少上述影响因素的影响，最终取得有效的对线路的防雷保护效果。以上防雷措施都有较强的针对性，限制条件、优缺点也相对明显，通常要相互结合综合选择使用。

从某地区电网的运行实践看，降低杆塔接地电阻是技术经济性最优的措施，已作为防雷措施的首选；对新建杆塔一般全部要求装设避雷线，但老旧线路从设计上无法进行改造；按照差异化防雷策略，有重点、有选择性的在部分杆塔上安装避雷器，但后期运行维护工作量较大；并联保护间隙防雷稳定性较差，存在间隙不动作而损坏绝缘子的情况；对安装在避雷线上的避雷侧针，因长期振动常与避雷线摩擦引发断线事故，某地区电网正逐步拆除这种类型的避雷针。

4 结束语

输电线路防雷工作是一项技术性与经济性紧密结合的工作，应充分考虑输电线路时间与空间的差异，综合雷电活动、线路结构、地形地貌等各种因素及特征，开展雷击风险评估，制定针对性的、差异化的综合防雷措施以及治理方案。

参考文献

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