架空输电线路防雷与接地技术研究

杨明举 冉启伟 张辉宇

摘 要：架空输电线路作为电力系统的大动脉，承担传输电能的重要作用，因此保证其安全运行是保证电力系统稳定工作的重点。文章在结合国内外研究成果的基础上，对输电线路防雷措施进行了概括，并对输电线路防雷中的接地技术进行了分析。

关键词：电力系统；架空输电线路；防雷措施；接地技术

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0001-02

架空输电线路是我国电网的大动脉，连接着全国各地。由于所经地区地理条件恶劣，因此输电线路受到雷击的可能性及危害很大。并且输电线路受到雷击跳闸的后果严重，轻则毁坏电力设备和输电线路，重则造成地区的大面积停电，给人民财产安全造成不可估量的损失。因此，必须采取切实有效的措施来防止架空输电线路遭受雷击，降低架空输电线路的雷击跳闸率。接地技术作为输电线路防雷的核心技术，是减少雷击跳闸率的关键，利用接地技术可以保证在雷电流流过杆塔时，绝缘不至于闪络。

1 输电线路雷电的原因及危害种类

1.1 输电线路雷电产生的原因

雷电放电自古以来就受到了人们极大的关注，但是直到近代，才开始了对其进行科学的研究和认识。闪电是由云带电引起的，是一个大的雷暴电荷云的积累。一般来说，闪电在地球大气层的有利条件下，湿热流上升，导致稀薄的空气向下冷凝。强烈的上升气流穿过云层，水滴被打裂从而充电。水磨稍微带负电荷，在风高高吹起时，一些带正电的局部区域就形成了。数据显示，一般的正电荷产生于云上部，而下部带有负电荷，混合区域在中间既有正电荷又有负电荷。雷云平均电场强度约为1.5 kV/cm，闪电雷雨云的实际最大电场强度是3.4 kV/cm，而稳定的下雨，则只有约40 kV/cm。雷云在放电阶段就包括先导放电阶段和主放电过程。

1.2 输电线路雷电危害的种类

根据雷电过电压原理和形成物理过程，分直击雷和感应雷，两者性质不同，来源不同。因雷电直接击于线路、杆塔或避雷线引起的过电压，是為直击雷过电压；因雷击线路、大地，相互之间的电磁感应，是为感应雷过电压。

1.2.1 直击雷过电压

多年来，据统计直接雷击过电压从而造成线路跳闸是主要因素。当雷击杆塔或导线，可以产生较高感应过电压，往往比绝缘子串冲击放电电压高，从而引发线路事故，影响供电可靠性。

直击雷分三类：直击杆塔、直击避雷线、绕击导线。对雷电过电压的正确认识：

①由于杆塔和避雷线对导线电阻抗的影响，在雷击于杆塔或雷击于避雷线时，将会使得这一雷击点和导线的压差比放电电压绝缘水平还要高，从而造成线路闪络，被称为反击。

②直接击中避雷针或击中周围导线可能引发线路绕击。

1.2.2 感应雷过电压

当附近的雷云渐渐靠近线路时，会产生线路上感应出一定的束缚电荷，并且会和雷云的电荷相同，最终漏入地球，绝缘中性点的线路，该电荷会经由泄露漏入大地。如果雷云对地放电或雷击塔未反击，雷云电荷瞬时放电消失，所以线路上束缚电荷变成自由电荷，向四周线路传播，形成感应过电压，像这种因为电场的变化造成的雷电过电压称为感应过电压的静电分量；同时还要变化很大的雷电流会感应出很强的电磁场，会结合电磁感应的原理，分析在导线上感应出很大的过电压，与前者共同组成感应雷过电压。

2 架空输电线路防雷措施探讨

我国地域辽阔，输电线路遍布全国每个角落，一条输电线路跨度长，经过了不同海拔地区也面临着各种各样严重的雷电天气。我国大力发展超特高压输电线路，通过不停的摸索试验和总结运行经验，积累了许多有效的防雷措施，对保证供电可靠性和降低发电成本等有巨大的意义，这些方法都是结合各地的电压水平和气候条件综合得出。例如：合理选择路径、架设避雷线、降低接地电阻、架设耦合地线、提高绝缘水平、自动重合闸安装等。

2.1 合理选择路径

输电线路防雷的首要任务是合理选择经过的路径，通过前期对地区的气候条件和地理特征进行分析考察，合理的规划输电线路布局，尽量避开那些顺风河谷等恶劣环境，选择雷击较少的地区铺设线路，如果实在无法避开则选择加强线路的防雷水平。

2.2 架设避雷线

架设避雷线是减少架空输电线路雷击跳闸率的重要手段，采用假设避雷线的方式防止直击雷引起的雷击跳闸，同时通过避雷线的分流作用，可以很大程度上减少雷电流流过杆塔时的电位，同时考虑绕击的作用，将避雷线的保护角设置在规定范围内，通常情况下是20 ？觷～30 ？觷。

2.3 降低杆塔接地电阻

对于所有等级线路，耐雷水平与接地电阻成反比。降低杆塔接地电阻是本文研究的重点，由于接地装置的重要作用，如何利用好接地装置是关键，可以采用的方式包括了自然接地、延长接地装置、人工接地、引外接地、放射性接地等，但是总的原则是尽量降低杆塔接地电阻。

2.4 架设耦合地线

有些情况下，降低杆塔接地电阻等方式非常难以实现，此时可以利用架设耦合地线的方式进行输电线路防雷，耦合地线与避雷线和导线相互耦合，从而使得过电压大大降低，提高了线路的防雷能力。我国部分带耦合地线雷电性能比较：

①220 kV广东某线（Td=82），对比线段总长86.2 km，架耦合地线前运行681 km·a，跳闸率249 km·a，架耦合地线后运行345 km·a，跳闸率116 km·a，架耦合地线后跳闸率为原来的0.455。

②220 kV华东某一回线（Td=60），架耦合地线后跳闸率为原来的0.64。

③110 kV福建某线（Td=70），架耦合地线后跳闸率为原来的0.54。从实际运行情况我们了解到，耦合地线与其他防雷措施一样能有效地降低雷击跳闸率。

2.5 采用自动重合闸装置

通常情况下，雷电流冲击一起的绝缘闪络会在一定的时间内恢复，在此基础上，可以采用自动重合闸技术进行线路合闸，从而恢复供电，这对电力系统供电的可靠性意义重大。据统计，在我国110 kV以上的线路采用自动重合闸技术合闸成功的概率在90%左右，这一比例是相当可观的。

3 架空输电线路杆塔接地装置存在的问题及原因

分析

如今架空输电线路的防雷技术不断发展，但同时依旧存在很多问题，尤其对于接地技术尤为突出，其中之一表现为接地裝置的接地电阻系数与规格不符，经常有超标现象。

3.1 自然原因

由于接地电阻很大程度上受到地理条件的影响，因此，不同的环境下接地电阻差别很大。若所处环境岩石较多，则土壤电阻率会超过1 000 ？赘·m，如此大的接地电阻会对该线路的防雷造成很大的难度。

3.2 架空输电线路的设计原因

输电线路的设计偏差也是一方面的原因，现阶段我国电力事业快速发展，用电量与日俱增，使得电力建设必须加快节奏。但是在此基础上存在很多矛盾，其中包括很多技术人员直接根据自身经验判断，而没有加以实际验证，从而导致结果与实际不符的情况时有发生。

3.3 架空输电线路施工原因

由于地处环境恶劣，监督不便，输电线路的施工经常出现不遵守规范的现象。包括接地装置安装不合理、降阻剂用量不合理等情况，这直接造成了接地装置的参数不符合要求。

4 线路接地设计分析

4.1 做好杆塔接地设计

在最初的设计阶段，技术人员应对输电线路的所在地区进行实地考察分析，尽量使线路避开雷击较多的地区，与此同时，在确定了线路方案之后，还应对线路所在地的土壤电阻率进行测量，从而准确的确定需要设计的接地装置参数。

4.2 降低杆塔接地电阻

对于不同的地理环境采取不同的接地方式，例如，对于土壤电阻率相对较低的地区，通常采用自然接地的方式，并减少接地电阻。而对于杆塔接地电阻较大的地区，则采用外引接线和放射性接地等方式用来降低接地电阻。

4.3 采用降阻剂

降阻剂可以利用其超高导电性的性能降低接地电阻，从而满足对接地电阻的要求。尤其是在土壤电阻率较高的地区，采用降阻剂的方式将其深入土壤中减少接地电阻。

5 结 语

架空输电线路由于高度高，并且传输电压很大，非常容易遭受雷击，因此，需要提高防雷技术，减少雷击跳闸率，其核心是做好杆塔的接地，尽量减少接地电阻，从而在雷电流流经杆塔时不至于发生绝缘闪络。

参考文献：

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