输电线路雷电防护的现状与分析

张恺+马驰骋+陈士水+王婷婷+赖召安

摘 要：雷击是危害输电线路安全可靠运行的主要原因之一。本文分析了架设避雷线、安装避雷器等常规输电线路防雷措施的特点及局限性。指出输电线路防雷是一个综合性课题，在防雷工程实践中，应本着因地制宜、经济合理的原则，综合运用多种防雷措施，才能取得较好的防雷效果。

关键词：输电线路；防雷；避雷器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.132

1 前言

据统计，我国因雷击引起的输电线路跳闸事故占比约40%-70%[1]，在雷电多发地区、高土壤电阻率地区、山区尤为突出。此外，输电线路的电压等级越高，遭受雷害的几率越大。因此，如何切实有效地制定输电线路防雷措施，已经成为保障电力系统安全、可靠、稳定运行的重要工作之一。本文综述了目前国内外输电线路采用的主要防雷措施，分析了各自特点，为相关设计、研究工作提供参考。

2 输电线路的防雷措施

2.1 架设避雷线

避雷线又称架空地线，架设在杆塔顶部，主要作用是避免线路遭受直接雷击，此外还具有以下三方面作用。一是分流，避雷线可使雷电流向各个线柱分流，减少流过杆塔的雷电流，提高线路的耐雷水平。二是耦合，避雷线可降低雷击杆塔时绝缘子串上的电压值，避免绝缘子闪络事故。三是屏蔽，避雷线可降低导线上的感应过电压。

一般来说，线路电压等级愈高，采用避雷线的效果愈好。500kV及以上的超高压和特高压线路应架设双避雷线，保护角不大于15°；除部分雷害较少的110kV线路外，110kV及以上线路一般应全线架设避雷线，保护角一般采用20°～30°；35kV架空线路，因绝缘相对较弱，装设避雷线效果不大，一般不全线架设避雷线，而只是在距离变电站和发电站1～2km的进线段架设避雷线；6kV或10kV线路一般不架设避雷线，但是对于雷击多发或重要线路，建议架设单根避雷线。

2.2 安装避雷器

避雷器大致上可以分为保护间隙、排气式避雷器、阀式避雷器和金属氧化物避雷器这4种。线路避雷器能够减轻瞬态雷电冲击时绝缘子发生闪络的危险，是电力系统最为常用的过电压防护装置。运行时，将线路避雷器与线路绝缘子串并联[2]，防止直击雷或绕击雷造成的雷害故障。配网避雷器除了能用于保护配电线路外，还可以用来保护配电变压器、电力电缆等。国内从1993年开始研制线路避雷器，现6kV到500kV各级输电线路，均有使用线路避雷器进行保护的实例，使用效果良好。但安装避雷器投资成本高，故一般只在雷电活动频繁、重要的线段上采用。

2.3 降低杆塔接地电阻

降低接地电阻可以有效减小雷击杆塔时的电位升高，架设避雷时同时采取降低接地电阻的措施对于减少杆塔雷击事故非常有效。但当雷电流过大时，此种方式作用比较有限。在山地、冻土等环境下，土壤电阻率极高，降低接地电阻非常困难，费用高、工作量大，而且效果往往不尽人意。规程[3]要求，有避雷线的线路，每基杆塔的工频接地电阻在雷雨季节不宜超过表1所列数值。

2.4 加装耦合地线

当难以采取降低接地电阻的措施，或虽架设避雷线但仍然频繁遭受雷击的线路，可尝试加装耦合地线。其原理是通过增加避雷线和导线之间的耦合作用，降低绝缘子串上的电压，对雷电流进行有效分流，减小杆塔波阻抗。但是，加装耦合地线成本较高，且即使加装，绝缘子仍有可能受雷击闪络，因此，无法大规模推广使用。

2.5 增强线路绝缘

采用增加绝缘子串片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间距等措施，也能提高线路耐雷水平、降低建弧率。目前有研究发现大部分10kV导线上安装的P-15型号的针式绝缘子建弧率很高[4]，易造成雷击引起的工频电弧烧伤和雷击断线；也有研究表明将线路上型号为P-10的针式绝缘子更换为型号为X-45的悬式绝缘子，线路的耐雷水平可以提高64.2%；对于线路上型号为X-70的绝缘子，它的片数每增加1片，冲击闪络电压能够提高将近1倍。由于杆塔结构尺寸等因素，会有相当大的局限性，实施前应依据线路实际杆塔结构，分析这一措施的可行性。

2.6 采用不平衡絕缘方式

近年来，在高压和特高压线路建设中，越来越多地采用同一杆塔架设双回线路的措施，该方法可以大量减少线路走廊用地，节约工程投资。但是，双回线路遭受雷击时，有可能造成同时跳闸。为了避免大范围停电的严重后果，在雷击事故频发的线路，可采用不平衡绝缘的方案。

该方案在两回路间各安装数量不一的绝缘子，线路遭受雷击时，绝缘子片数少的回路会先发生闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，从而保证线路持续供电。但是，当雷电流过大时，该方案并不能保证双回路不同时跳闸，因此也难以从根本上消除雷电对线路造成的威胁。

2.7 装设自动重合闸装置

装设自动重合闸装置后，大多数雷击造成的冲击闪络和工频电弧在线路跳闸后能迅速去电离，线路不会发生永久性的损坏或老化。因此装设自动重合闸装置对降低线路的雷击事故率，具有较好效果。我国35kV及以下线路重合闸成功率约为50%，可见自动重合闸是减少线路雷击停电事故的有效措施。

但是，由于自动重合闸装置无法消除绝缘子串烧毁、线路掉线等故障，因此它必须和其他防雷装置配合，才能保证线路不出现线路停跳事故。

2.8 安装防弧金具

防弧金具可以分为剥离式防弧金具和穿刺型防弧间隙两类，其中前者的结构简单，便于施工安装，但密封性较差，易于受潮；后者采用穿刺安装方式，密封性良好。防雷金具高压电极与低压电极之间的间隙距离比绝缘子串的干弧放电距离要小，可以将电弧疏导到金具上，保护导线不被烧毁损坏，对于防止绝缘导线断线有良好效果；安装防弧金具后，亦可允许线路承受一定工频续流起弧。

3 结语

雷电活动是小概率事件，随机性强，在确定输电线路防雷措施时，应全面考虑线路重要程度、系统运行方式、所处地区雷电活动规律、地形地貌特点及土壤电阻率等多种条件，根据因地制宜、经济合理的原则，采取适合的一种或多种防雷措施，提高输电线路的耐雷水平，降低雷击事故发生概率。

参考文献：

[1]陈继东，吴伯华.线路型500kV避雷器保护范围的研究[J].电磁避雷器，2002（05）：33-38.

[2]李凡，施围.线路型避雷器的绝缘配合[J].高电压技术，2005（08）

：12-20.

[3]中国电力工业部.DL/T620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].北京：中国电力出版社，1997.

[4]陈洁，姜建勋.10kV配电线路雷害事故分析及防雷措施仿真研究[J].电瓷避雷器，2011（04）：73-77.

作者简介：张恺（1984-），男，山东日照人，硕士研究生，工程师，从事防雷技术研究。