1000kV特高压输电线路防雷工程设计框架

文/韩宇

为了保证特高压输电线路在运行过程中安全无误，对其输电线路进行防雷是一个重要的环节，只有对国内外特高压输电线路的实际运行情况做出充分的了解，并且吸取相应的经验，才能够建设成经济合理、技术先进的输电线路网络。通常情况下，特高压输电线路的建设地点及环境都相对比较恶劣，大部分线路网络都处于山区地带，从而雷电击打的情况十分常见，这也是特高压输电线路出现故障的常见情况。关于特高压输电线路的雷击主要有如下两个特点：首先，由于线路的绝缘程度相对较高，所以一般情况下雷击中塔顶发生闪络的可能性较小；同时，由于线路建成后的杆塔相对较高，所以绕击的情况很容易发生。欧美等发达国家为了使雷电过电压尽可能的被防护，都对特高压输电线路做出较为周密的防雷设计，并且也积累了大量的宝贵经验。所以为了解决我国1000kV特高压输电线路防雷击这个亟待解决的难题，对国内外的先进经验进行吸收和借鉴是十分必要的。

1 1000kV特高压线路绕击分析

通常情况下，特高压线路的杆塔对于地面来说相对较高，所以输电线路上的工作电压幅值也相对较大。一旦出现雷雨现象，很可能在雷雨电荷的作用下，线路的杆塔顶部和线路附近的地面突起物对输电线路产生向上的迎面先导，这种情况会极大程度的使线路的屏蔽性能受到破坏，从而对线路产生严重的损害。这种原因的微观机制可以通过建立相应的几何和电气模型，通过分析地面、导线和避雷线之间的位置关系做出宏观的说明和微观的描述。特高压线路雷击跳闸的一个重要因素是绕击，为了提高输电线路的屏蔽性能，可以通过分析保护角来实现屏蔽性能的研究，并且特高压输电线路避雷线的屏蔽效果是否良好，也是评判保护角大小是否合理的一个重要标准。

在对1000kV特高压输电线路进行屏蔽性能分析后，很容易发现：1000kV特高压线路常用的杆塔四种类型：M型水平排列、3V型水平排列、M型三角排列、3V型三角排列。具体说明如下：

（1）M型水平，保护角为9.23°，出现绕击闪络的概率是0.051%；

（2）M型三角，保护角为5.92°，出现绕击闪络的概率是0.011%；

（3）3V型水平，保护角为9.72°，出现绕击闪络的概率是0.219%；

（4）3V型三角，保护角为6.62°，出现绕击闪络的概率是0.121%。

2 1000kV特高压线路杆塔的选择

由于1000kV的特高压输电线路杆塔采用双地线进行保护，并且空气与绝缘子之间的放电电压均值相对较大，这就导致雷电击中杆塔塔顶或地线时发生反击的情况相对较少。并且由于特高压输电线路的杆塔相对于地面的高度较大，一旦雷电的电流经过杆塔，感应电势差在悬挂绝缘子串杆塔的横担处分量将明显提高，雷电反击闪络的概率也会随着杆塔高度的增加而相应的提高，我们从控制雷电反击闪络概率的情况下进行分析，一般会选择拉线V型塔，这种类型比双回塔或者自立式类型的防雷击效果要更加良好。

3 1000kV特高压输电线路防雷工程设计

3.1 线路避雷器的安装

技术人员在进行特高压输电线路的设计过程中要合理的利用线路的避雷器，避雷器在使用过程中可以确保导线和杆塔之间的电势差在明显高出避雷器的工作电压情况下，使绝缘子闪络的情况发生的概率明显得到控制，对于一些地区架设的特高压输电线路出现雷击跳闸概率较高的情况，技术人员在进行设计的过程中可以在输电线路上有针对性的设置避雷器。一般来说，特高压输电线路的避雷器种类，可以使用如下两种：

3.1.1 无间隙型避雷器

这种避雷器可以直接连接导线，并且这种避雷器也是电站型避雷器的一个加强版，可以吸收冲击过程中产生的能量，在运行过程中也具备较强的可靠性和安全性，如果线路处于正常操作电压或运行电压的情况下，避雷器不会发生异常动作，并且为了避免电气设备出现老化的情况，无间隙型避雷器本身并不带电工作。

3.1.2 带串联间隙型避雷器

该类型避雷器的工作方式是利用空气作为介质和导线实现连接，这种避雷器在承受工频电压的过程中，必须在雷电流的作用下进行，这就保持了避雷器本身较长的使用寿命，可靠性也相对较高。带串联间隙型避雷器的使用范围十分广泛，其本身并不承担系统在运行过程中的输电电压，同时也具备相应的间隙隔离功能，上述情况又使带串联间隙型避雷器无需考虑本身的电气寿命问题，因此在进行输电线路防雷设计的过程中，仅需要考虑避雷器的机械寿命，而避雷器本身出现机械故障，也不会影响线路的正常运行。

3.2 不平衡绝缘的合理运用

我国目前的特高压输电线路在架设过程中可以在同一杆塔上架设多回线路，这种设计方式，一方面可以使成本得到一定程度的控制，另一方面也可以使雷击现象的产生得到有效的规避，从而避免了电网产生故障造成经济损失。技术人员在进行线路架设过程中，可以在特高压输电线路中引入不平衡绝缘方式，这种绝缘方式可以使线路受到雷击产生跳闸，从而使电网陷入暂时性故障的概率大大降低，可以极大程度的确保输电线路的稳定性和可靠性，与我国的实际国情相符合。采用不平衡绝缘的目的是为了确保一定数量的线路绝缘体不同，从而使输电网络在雷击的情况下绝缘体闪络的情况得到控制，使输电网络在雷击的情况下可以保持持续供电，而不至于发生故障。

3.3 防雷击闪络措施的应用

在进行1000kV特高压输电线路的防雷设计过程中，在正式设计之前，应该对当地的地理地貌展开详细的调研，并且在实际的架设过程中，也要和周边已建输电线路的运行经验相互结合，绝不能千篇一律的采用类似的设计方案。由于目前关于雷电的微观特性，仍然没有被人们所充分掌握，所以在特高压线路输电的设计过程中，仍然要对避雷器使用进行深入的研究，在线路的架设过程中也应该对边坡和山顶地点的架空地线保护角进行详细的设计和计算。另外，也可以在此基础上设计防雷效果更加良好的新型杆塔。

3.4 地线保护角的适当减小

使线路绕击跳闸的概率得到控制是实现特高压输电线路防雷击效果改进的一个重要的方法。其中，输电线路的防雷器效果与地线的屏蔽效果起到不可替代的作用，并且减少地线保护角也可以解决绕击所带来的输电线路故障，实践表明，这样设计效果十分良好。但是在设计过程中需要注意的是，对于输电线路来说，将地线的保护角减少，对其影响并不明确，仍需在科研上展开更加深入的内在机理研究。在选择杆塔类型的过程中，即使输电线路处于施工阶段也仍然需要耗费大量的试验成本，杆塔的应力与保护角的配合试验过程中，会使更多的钢材被消耗，从而使线路的建设成本直接提高。所以在这种情况下，必须对输电线路保护角的可行性和合理性做出全面的考虑，在计算和设计完成以后再结合工程的实际特点进行施工。

4 结语

特高压输电线路的杆塔在架设过程中，一般距离地面的距离相对较高，这使得线路很容易在雷击的作用下发生绕击损害，所以在杆塔的顶部有针对性的设置避雷设备是必不可少的。另外，对于避雷线的机械强度和使用效果也要重视起来，不断的在实际中积累经验。综上所述，在特高压输电线路的防雷工程设计过程中，如果想将雷电损害所造成的影响从根本上进行控制，必须将系统的运行方式和特高压输电线路的实际运行情况进行结合，从而确定出最佳的防雷效果设计方案，只有这样才能够使雷电所带来的损害尽可能的最小化。