不同地形条件下架空配电线路防雷方案研究



不同地形条件下架空配电线路防雷方案研究

刘学虎

（国网宁夏电力公司固原供电公司,宁夏固原,756000）

摘要：作为供电系统当中的电能分配的关键设备，架空配电线路的安全与稳定直接影响着整个供电系统的正常运行。雷电灾害是架空配电线路当中频繁遇到的一种自然灾害，因此线路的防雷工作十分重要。本文在对架空配电线路的引雷范围、雷击跳闸率计算的分析基础上，探讨其在不同地形条件下的防雷方案。

关键词：架空配电线路；引雷范围；雷击跳闸率；防雷方案

Lightning protection scheme of overhead distribution line under different terrain conditions

Liu Xuehu

（Ningxia power company Guyuan power company Guyuan Ningxia,756000)

Abstract：As the key equipment of power distribution in power supply system,the security and stability of the overhead distribution line directly affect the normal operation of the power supply system..The lightning disaster is one kind of natural disaster frequently encountered in the overhead distribution line, therefore,the line lightning protection work is very important.Based on the analysis of the lightning strike range and the lightning trip rate of the overhead distribution lines, the lightning protection scheme of the overhead distribution lines is discussed.

Keywords：overhead distribution line;lightning range;lightning trip rate;lightning protection scheme

架空配电线路的雷击类型主要包括直击雷、感应雷以及地电位提高。其中直击雷指的是雷雨云对大地的某一位置进行能够直接击中设备的强烈放电，雷电流在击中架空配电线时通过导线对设备造成损害；感应雷包括静电感应、电磁感应，前者是由于雷电云与导线上的相反符合不平衡而导致的，后者是雷电流穿过导体流入大地时产生较大的交变电磁场而引起设备损坏；地电位提高，是由于设备保护接地端接在室内时电压值为0，使得设备工作线路、壳体之间出现100kV的电压差而造成设备损坏。

1　架空配电线路的引雷范围及雷击跳闸率的计算

1.1引雷范围

由于架空线路本身带电，在雷电先导头部后发展到线路间的电磁强度比空气临界击穿场强大时就会使线路受到雷击，二者之间的距离定值便是雷击距。在导体高度位于10m-50m范围以内时，可以使用相应的雷击距公式，即Rc=0.67h0.6I0.74（其中Rc表示对导线的雷击击距，h表示导线的平均高度，I表示雷电的流幅值）。根据公式我们可以看出，雷电先导对地击距与对导线击距间的比值同导线的高度呈反比例，当导线的高度越高，则其比值就越小。对于导线高度小于40m对地击距公式如下：Re=[0.36+0.16In(43-h)]Rc。根据上述两个公式可以计算推导出雷电流临界值I0的计算公式为：

1.2雷击跳闸率

雷击跳闸率包括了直接雷击跳闸和感应雷击跳闸率的计算。在对直接雷击跳闸进行计算时需要考虑到架空配电线路的耦合作用，并取相导线波阻抗是400Ω时的耐雷水平，推导出不同地区线路的直接雷击跳闸率公式：（其中U50%表示绝缘子闪络电压，Td为年雷暴天数，表示地面落雷密度）。同样的，我们可以推导出感应雷击跳闸率的计算公式为：

2　不同地形条件下架空配电线路防雷方案

对于城区地形、山区地形、特殊地形等不同的地形条件，我们可以因地制宜，采取不同的架空配电线路防雷方案。

2.1城区地形下的防雷方案

由于城区地形的架空配电线路周围建筑物通常都较多且密集，导致了线路遭受直击雷的概率相对较低，其附近建筑物通常都具有较高的引雷能力，因而高层建筑多的城区雷电直接击中架空线的情况少之又少。在城区地形下，我们主要应当加强对架空配电线路的感应雷、地电位提高的防护。

2.1.1感应雷的防护方案

由感应雷所引起的雷击跳闸是城区地形下架空配电线路雷击灾害中最常出现的灾害。一方面，线路所对应的感应雷的引雷范围会随着配电线路的高度、所处自然环境等种种因素的改变而发生变化，另一方面，太过密集的建筑物给城区架空配电线路的设置带来了很大的难度，使其线路复杂多变且高度变化多样，这两个方面的因素使得感应雷的防护设置十分复杂，需要在保证电路走向的合理安排、设计的同时，综合运用多种手段来构建出全面的防雷系统。目前包括同塔多回路和绝缘导线式这两种架空配电线路防雷方案。其中，出于城区空间紧张的考虑，为实现对架空配电线路的空间的节约，同塔多回路受到了广泛的运用，这也提高了架空配电线路的密集程度与受感应雷的损伤程度，因而必须要采取额外的防雷设置。我们可以通过将氧化锌避雷器加装在多回路部分来避免相邻线路出现反击情况，在进行加装时，必须使该路段的绝缘子的绝缘水平保持一致。受到城区地形的局限，架空配电线路位置难免会靠近建筑物，甚至需要从人口密集的地带穿过，决定了这些架空配电线路必须严格使用绝缘导线，出于对绝缘导线易对雷电电流产生阻隔使得热量难以消散的特点考虑，在导线的两端也必须设置相应的氧化锌避雷器。

2.1.2地电位提高的防护方案

雷电入地处与设备自身的电压差造成了地电位提高，产生雷击灾害。虽然城区地形不利于雷电的入地扩散，使地电位提高引发的雷电灾害发生频率远远低于感应雷灾害，然而，由于城区地形中有些架空配电线路的保护接地是设置在室内的，当雷电使得地电位提高时，就会使设备的外壳、工作线路间出现很大的电压差，导致设备损坏甚至损毁，对于地电位提高的防护也是不可忽视的。我们可以采取控制接地电阻、对工作线路和设备外壳进行重复接地等方法来实现防护。

2.2山区地形下的防雷方案

不同于城区，架空配电线路在山区地形中通常都位于开阔的地带，受到山区地形影响往往需要通过一些高海拔的区域，因此直击雷灾害的发生几率相对较高。同时由于山区地形中架空配电线路几乎没有保护接地位于室内的现象，使得地电位提高的雷击灾害很少发生。

2.2.1直击雷的防护方案

受到山区的地形、气候等方面的影响，产生了一些雷电密集的区域，我们在设计电路时应当尽量绕开这些区域，若出于客观原因无法规避，那么就要对该区域的雷电特征进行仔细的考察，在此基础上选择最佳的防护措施。如利用地形和导线高度等对直击雷的引雷范围做出计算，通过对地面线路、倾角的调整来减少直击雷灾害的发生。

2.2.2感应雷的防护方案

相比较城区，山区的架空配电线路的复杂程度低，同时感应雷灾害的发生频率也随之降低。由于山区的架空配电线路感应雷灾害频率不会随着倾角的变化而改变，因此通常利用耦合地线的加装、接地的延伸等途径来进行防护。

2.2.3地电位提高的防护方案

山区地形土壤的多变性会导致一些地段的电阻率过高，使得这些位置的地电位提高灾害频发，一方面，我们可以通过降阻剂等物质的使用来对接地电阻进行抑制，以减小地电位提高幅度；另一方面，我们可以通过对配变容量的调整来减轻架空配电线路所受到的冲击。

2.3特殊地形下的防雷方案

除了城区地形、山区地形两种主要地形之外，一些特殊地形也会要求架空配电线路做出特殊的防雷方案。例如，当架空配电线路靠近大型水域时，其绝缘需求更高，因此需要使用绝缘导线，并在导线两侧设置好氧化锌避雷器，在线路过长的情况下还需在中段额外添加避雷器；当架空配电线路的区域存在易燃易爆物等，也必须更加严格地做好防雷设置，必要时可设置屏蔽器。在对这些特殊地形进行防雷设置时，应当综合考虑地形特征的考察情况以及以往的防雷经验来建立起有针对性的防雷系统。

3　总结

综上所述，作为供电系统的主要组成部分，架空配电线路直接关系到人们的日常生活、生产，因此我们在设计架空配电线路时，必须综合考虑到气候等因素，根据不同地形条件采取不同的防雷方案，通过避雷装置的安装、避雷线的架设等措施来降低雷击事故的发生几率，从而保证供电系统的稳定与安全运行。

参考文献

[1] 张伟华.关于不同地形条件下架空配电线路的防雷探究[J]. 低碳世界,2014,19:60-61.

[2] 李寰宇.基于不同地形条件的架空配电线路防雷探讨[J].通讯世界,2014,24:178-179.

[3] 朱明晓.架空配电线路耐雷性能分析与防雷措施研究[D].中国石油大学（华东）,2013.