提高高压电力装置防雷技术水平的措施探讨

冉迎春

（国网四川省电力公司资阳供电公司，四川 资阳641300）

0 引言

高压电力装置在其发展使用初期多依靠裸导线架空线路供应电力，架空导线一般在离地面6～18m高的空间，可能遭受雷电过电压危害（主要指雷电入侵波，防直击雷的避雷线和避雷针保护不属本文讨论范围），使线路或设备绝缘击穿而损坏。保护间隙和管型避雷器都是靠间隙击穿接地放电降压起到保护作用，这种作用同时会造成接地故障或相间短路故障，保护作用不完善是显而易见的，在现行防雷保护中仅将它们用于线路防雷，并且尽量与自动重合闸装置配合，以减少线路停电事故。然而，现阶段的高压电力装置防雷工作中仍然存在防雷保护功能不完全、保护性能不完善等缺点或隐患以及技术水平落后等多个方面的问题。为了改善高压电力装置的防雷效果，就需要全面提高高压电力装置的防雷技术水平，本文即尝试针对该问题展开全面分析与探讨。

1 高压电力装置防雷保护现有措施

雷击是输电线路乃至整个电力系统运行过程当中所面临的最主要安全性问题之一，在雷击因素影响下，线路容易发生跳闸事故。频繁的跳闸除了会导致线路事故范围的进一步扩大以外，还潜在一定的人身安全隐患，是危害线路安全运行的重要因素之一。并且，在雷击作用力的影响下，雷电波会直接以线路为载体进入高压电力装置内部，对高压电力装置的安全运行构成巨大威胁。因此，从线路运行安全性的角度来说，对高压电力装置进行防雷保护具有重要意义。当前的防雷技术手段主要有以下几种：

第一，在线路出现交叉跨越的情况下进行防雷击跳闸保护。受到雷击作用力的影响，线路交叉位置比较容易发生闪络现象，同时，若雷击交叉档距无法满足要求，则受到雷击影响后的事故范围会迅速扩大，造成不可预估的后果。结合高压电力装置的防雷需求［1］，认为在线路交叉跨越的情况下，可以综合采取以下三个方面的防雷保护措施：（1）交叉档两端若为木杆或水泥杆且未设置有避雷线，此情况下需要在杆塔上装设避雷器（以管型避雷器为首选方案），也可增设对应的保护间隙；（2）交叉档两端若为木杆低压电路或通讯线路，则需要直接在杆塔上增设防雷保护间隙；（3）若交叉档两端为水泥杆或铁塔，则不论是否设置有避雷线，都需要对杆塔进行接地处理。

第二，需要在线路中引入自动重合闸装置。在雷击闪络因素的影响下，线路绝缘子通常能够在线路发生跳闸事故后自动恢复其所对应的绝缘性能，此过程中自动重合闸的成功率基本在90%左右，对于少雷区的高压线路而言，通常不需要沿线路全线架设避雷线，但基于对安全性因素的考虑，需要全线装设自动重合闸装置，避免雷击跳闸事故影响下出现大面积的停电事故［2－4］。同时，对于土壤电阻率较高的区域而言，高压电力装置受到输电线路雷击因素影响，也容易发生绝缘子闪络方面的事故，故而同样需要装设自动重合闸部件，以达到令人满意的防雷效果。在此基础之上，考虑到对于中性点做直接接地处理的电网系统中绝大部分雷击所对应的都为单相闪络故障，则可尝试引入单相重合闸，一方面能够确保供电作业的可靠性与持续性，另一方面也可减少断路检修的工作量。

第三，需要做好对高压电力装置的绝缘工作。加强线路绝缘性能一方面能够使高压电力装置的耐雷水平得到合理的提升，另一方面能够使建弧率得到合理的控制，这对于降低高压电力装置受雷击影响的跳闸率有重要意义。对于高杆塔而言，需要在充分降低接地电阻取值的基础之上，考虑高杆塔自身电感增大而可能导致杆塔顶端电位升高的问题，并通过增加绝缘的方式对其进行补偿。除此以外，结合现行的设计标准与规程来看，在线路装设有避雷线保护的前提条件下，若杆塔标高达到40.0m以上，则每增长10.0m高度，需要对应增加一片绝缘子。而在未设置有避雷线保护的前提条件下，若杆塔标高不足40.0m，但是用保护间隙或管型避雷器进行保护，同样需要增加一片绝缘子，以确保线路绝缘性能的理想与可靠。

第四，需要增设耦合地线。研究显示，虽然增设耦合地线对于减少线路绕雷率而言没有明显价值，但能够在杆顶受到雷击作用力影响的情况下，实现对雷击的分流与耦合。相关研究表明，在线路引入耦合地线后，高压电力装置受雷击影响发生跳闸的几率下降了50%左右。但在对高压线路装设耦合地线的过程中，还需要特别关注对杆塔强度的验算工作，准确评估导线与地面之间的对应距离，计算正常运行状态下耦合地线与导线不同摆动条件下的距离，整个过程应小心谨慎，避免对后续环节造成安全隐患［5］。

第五，需要加装避雷器装置。线路上装设避雷器后，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［6］。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，这也是采用线路避雷器进行防雷的明显特点。

2 现阶段高压电力装置防雷技术存在的问题

首先，在选择避雷器进行防雷保护的过程中，没有评估连续雷电冲击能力。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流，切断续流时耗最大达10 000μs，而一次保护循环时间要远大于10 000μs，才能恢复到可进行再次动作的水平，故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力；而氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流，雷电流泄放（小于100μs）完毕，立即恢复到可进行再次动作的水平，故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力，这对于多雷区或雷电活动特别强烈地区的防雷保护尤为重要。

其次，在选择相关保护装置的过程中仅针对雷电残压参数进行评估，不重视对其他保护特性参数的计算与评估。除雷电残压外，还有其他保护参数，如工频放电电压值、冲击放电电压值，都是考察避雷器暂态过电压承受能力、保证其长期正常运行的参数；又如是否有雷电陡波残压值，也是标示避雷器防雷保护功能是否完全的重要参数。综合来看，只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数，也就是说，它有齐全的防护功能。

3 提高防雷技术水平的建议

在对高压电力装置防雷技术水平进行优化与提升的过程中，最为关键的问题在于：积极展开防雷技术改革工作，将落后的防雷器件与装置加以淘汰，更换为全新的、性能更加精确的防雷装置。也只有通过引入先进的防雷方式，才能够彻底改变传统意义上落后的防雷保护模式，并促进高压电力装置防雷技术水平的优化与提升。

以对避雷器的选择为例，为了实现对高压电力装置防雷技术水平的提升，在选择避雷器的过程中，要求其同时或尽可能多地满足以下几个方面的要求：

（1）所选择的避雷器需要具有完全意义上的防雷功能，且除支持常规的防雷要求以外，还能够对雷电幅值及雷电陡波具有确切的限压保护功效；

（2）所选择的避雷器在发挥防雷保护功能的过程中不会造成相间短路故障或电力网接地故障，以确保整个电网系统的正常、安全运行；

（3）所选择的避雷器在发挥防雷保护功能的过程中不会出现各种工频能源的浪费问题（主要是指电路电流及工频续流问题）；

（4）所选择的避雷器需要具有连续性雷电冲击保护能力；

（5）所选择的避雷器外形尺寸要比较小巧，有小型化以及轻质化的特点，能够支持在室内手车柜中的应用；

（6）所选择的避雷器需要具有20年以上的使用寿命，以避免频繁更换给整个电力系统带来安全隐患；

（7）所选择的避雷器在动作特性上应当有长期运行稳定的特点，常规运行中不会受到暂态过电压的影响；

（8）所选择的避雷器需要附带脱离器，以实现对运行工况的全面监督与检查，在失效情况下自动退出运行。

除此以外，建议彻底淘汰保护间隙和管型避雷器，用串联间隙氧化锌避雷器更新换代，建议厂家配套齐全生产35kV串联间隙氧化锌避雷器，其雷电残压配电型不大于134kV，电站型不大于117kV。同时，碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器的电站、配电、电机型，用相应串联间隙氧化锌避雷器的电站、配电、电机型更新换代。而对于新建工程，一律选用串联间隙氧化锌避雷器；仍在运行使用的旧防雷器如可列入技改工程，应一次性地用相同用途和电压等级的串联间隙氧化锌避雷器更新换代，或在其寿命终结时用相同用途和电压等级的串联间隙氧化锌避雷器更新。

4 结语

现行防雷技术实行多年，对它进行改革难度较大，但防雷技术水平的发展提高是必然的，希望更多人用发展进步的观点看待它，那么防雷技术旧貌换新颜必将实现。在实际工作开展中，需要以当前高压电力装置所使用的各类防雷保护措施与手段为出发点，积极展开对防雷技术的改革工作，通过合理引入全新防雷器械的方式，优化防雷性能，以最大限度地确保高压电力装置防雷效果的理想与可靠。本文重点围绕提高高压电力装置防雷水平方面的问题展开分析与探讨，希望能够为后续实践工作的开展提供一定参考与帮助。

［1］罗真海，陈勉，陈维江，等.110kV、220kV架空输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护研究［J］.电网技术，2002，26（10）：41－47.

［2］陈维江，孙昭英，李国富，等.110kV和220kV架空线路并联间隙防雷保护研究［J］.电网技术，2006，30（13）：70－75.

［3］谷山强，何金良，陈维江，等.架空输电线路并联间隙防雷装置电弧磁场力计算研究［J］.中国电机工程学报，2006，26（7）：140－145.

［4］罗道军，华大鹏，郑卫东.利用空心电抗器进行变电站防雷的初步探索［J］.高电压技术，2007，33（1）：193，195.

［5］张怡箬，张勇光，效云霞，等.新型防雷分流装置浪涌保护器的主要技术特性与使用方法研究［J］.甘肃科技，2012，28（21）：53－54，70.

［6］王巨丰，李世民，闫仁宝，等.可主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙装置设计［J］.高电压技术，2014，40（1）：40－45.