电网架空输电线路差异化防雷研究

张杰

[摘    要]由于电网架空输电线路通常架设于山地、旷野和丘陵等地区，其相应的雷击概率通常较高，在电网雷害事故中的占比较大，对电网的安全性造成了较大的影响，且严重威胁到供电的稳定性。本文通过分析架空输电线路防雷的重要性入手，对造成雷电危害的主要原因进行分析，并阐述了架空输电线路差异化防雷技术，以供借鉴。

[关键词]电网;架空输电线路;差异化;防雷技术

[中图分类号]TM75 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）12–0–02

Research on Differentiated Lightning Protection of Power

Grid Overhead Transmission Lines

Zhang Jie

[Abstract]Because the power grid overhead transmission lines are usually erected in mountains， wilderness and hills， the corresponding lightning strike probability is usually high， which accounts for a relatively large proportion of lightning damage accidents in the power grid， causing a great impact on the safety of the power grid， and seriously threatens the stability of power supply.This paper analyzes the importance of lightning protection of overhead transmission lines， analyzes the main causes of lightning damage， and expounds the differentiated lightning protection technology of overhead transmission lines for reference.

[Keywords]power grid; overhead transmission lines; differentiation; lightning protection technology

雷害事故是目前對电网运行安全性以及稳定性影响最大的因素，在我国电网故障中占比较大，达到了40%～70%。而在欧美发达国家，也高达60%。雷害事故的发生严重威胁到了供电网络的安全性，对国家的经济发展有着重要的影响。为此，雷害事故的防治，备受各界关注，如何降低电网的雷害概率，也成了电力部门亟须研究的问题。

长时间以来，多数研究人员均提出了较多的防雷措施以及预防办法，包括提高绝缘配置和降低接地电阻等。在早期，有相关研究人员提出利用避雷线来增大导线和避雷线的耦合系数，以降低感应电压，继而避免出现感应雷对电网造成的损害。在之后又开展了较多的研究，且基于研究成果以及试验数据提出了更多关于雷电的参数以及相应的防雷措施，整体研究水平有所提升。但在我国大多数地区的电力设计与施工过程中，电网输出线路的地理位置以及气候条件等均存在一定的差异性，线路的设计难度大，假若采用相同的防雷技术和防雷设施，则无法适应不同的地形和气候条件，从而使得输电线路的雷害事故以及电网的故障率居高不下。如何结合实际地形和气候条件进行线路防雷改造已成为电网架空输电线路差异化防雷的重要研究方向。

1 架空输电线路防雷的重要性

目前，造成我国输电线路出现雷害事故的影响因素主要包括架设区域剧烈的雷电活动、不合理的输电线路高度参数以及不合理的输电线路设计等，均对输电线路的稳定性有所影响。从我国实际情况出发，可以发现我国多数地区在雷雨季节出现的雷击现象普遍较为严重，再加上我国目前输电线路设计存在的较多问题，都导致我国部分地区的输电线路极易遭受雷击。

2 造成雷电危害的主要原因

2.1 架空输电线路位于雷电高发区

雷害事故除具备不可预估性外，还受部分现实情况的影响。针对地理环境因素，输电线路架设在海拔较高的雷电高发区内，则其发生的雷害概率较高。针对该类地区雷电危害，防治尤为重要。

2.2 输电线路之间的配置问题

输电线路受电流影响通常会存在一定的磁场，而雷电本身也具备一定的磁场。两者磁场之间势必会出现相互吸引或排斥的现象，输电线路在地理环境以及气候条件的影响下，其所具备的磁场也会发生一定的变化。尤其是输电线路之间的配置问题，对输电线路的磁场影响最大。以较为密集的输电线路为例，该类输电线路所伴有的磁场通常较大，相应出现雷击事故的概率也更高。为此，为避免该类雷击事故的发生，应加强控制输电线路之间的配置。

3 架空输电线路差异化防雷技术

3.1 参数设计

电网架空输电线路差异化防雷技术的应用过程中，相关电力技术人员应首先采集统计实际架设地区的各类参数，经相关参数分析制定最优化的输电线路差异化防雷方式，以确保输电线路的安全性和稳定性。而具体的参数分析主要包括以下两点：①采集输电线路的走廊雷电参数，即利用雷电监测系统来监测所在地区的雷电情况，结合相关网格划分，评估分析出该区域的雷电数据，包括闪电密度和雷电流幅值等，并以此为基础了解线路架设地区在不同时间以及区域的雷电活动情况。②相关电力技术人员应采集线路特征参数，包括杆塔机构、走廊地形条件和线路组成情况等，以确保输出线路差异化防雷的实现。

3.2 选择合理的线路路径

电网架空输电线路差异化防雷技术的应用过程中，应选择合理的输电线路路径，从而达到一定的防雷效果。由于输电线路所经过区域的地理环境存在一定的差异性，其所受的雷击概率也各不相同。经输电线路雷击事故的实际情况，可以发现，大部分雷击事故均集中于线路的某些区域中。为此，应对该类区域的特点进行综合分析，在实际架设过程中尽可能地避免该类区域，在不可避免的情况下尽可能地对线路采取保护措施，从而确保输电线路的稳定性和安全性。经相关数据统计分析，输电线路出现雷击概率较高的区域通常位于地势较高的区域中且周围林木密度较大，如山区风口位置、河谷位置、潮湿盆地位置、土壤电阻率突发位置以及地下水位较高位置等。为此，在实际输电线路架设过程中应尽可能地避开该类区域，假若无法避开，则应加强防护措施。

3.3 安装线路避雷器

该项防雷措施是基于原有线路，加装避雷器。其原理为安装避雷器后的输电线路在遭受雷击时，其产生的雷电流的分流会有所不同，部分雷电流随避雷线传入相邻杆塔，部分雷电流则通过塔体进入地下。假若雷电流的数值超过一定范围，则避雷针动作加入分流。通常大多数雷电流经避雷器流入导线传入相邻杆塔。雷电流在经过避雷线和导线时，受导线之间的电磁感应作用，会在导线和避雷线上产生耦合分量。由于避雷器的分流量远多于从避雷线中分流的雷电流，该类分流的耦合作用使得导线电位升高，致使导线和塔顶之间的电位差低于绝缘子串的闪络电压，从而避免出现绝缘子闪络的情况。为此，安装线路避雷器具备较好的钳电位作用，防雷效果较为显著。

适合安装避雷器的线路通常需满足以下几种情况：①地闪密度Ng∈[5，7.98]的山区线路，避雷器通常安装于距离超过600 m的杆塔或前后直线塔;②地闪密度Ng∈[2.78，58]且坡度超过25°或地闪密度Ng∈[5，7.98]且坡度超多30°的线路杆塔，避雷器通常安装于外坡侧边;③地闪密度Ng∈[2.78，5]的重要山区线路或Ng∈[5，7.98]的一般山区线路，且该类线路的接地电阻R处于20 Ω～100 Ω。一般情况下，35 kV和110 kV的线路避雷器安装于三相绝缘子串旁，220 kV的避雷器则安装于一回路线路的三相绝缘子串旁。

3.4 安装并联间隙

安装并联间隙后输电线路具备一定的雷击跳闸率，经间隙装置和绝缘子串并联，对雷击闪络进行定位，疏导工频电弧，防止绝缘子受损，该种方式虽然有雷击闪络，但重合闸有效。针对重要输电线路的架设则不适合安装并联间隙。安装并联间隙应尽可能地选择雷区等级高于C2级的一般线路杆塔。双间线路应尽可能地选择安装并联间隙，且安装应首选绝缘水平较低的一回。500 kV同塔双回耐张塔不适合安装并联间隙;220 kV和110 kV同塔双回的安装并联间隙，则只能为上相安装。

3.5 安装绝缘配置

针对多种电压的输电线路利用不平衡的高绝缘防雷措施，能有效降低输电线路的多回间跳闸率，继而最大限度地避免线路遭受雷击。不超过220 kV的同塔多回线路，与其他回路的绝缘水平相比，其存在较高绝缘水平的回路要高出15 %。为此，满足条件的输电线路应安装绝缘配置。此外，安装绝缘配置的作用主要在于提高输电线路的绝缘性。在实际输电线路的绝缘配置安装过程中，通常是采用增加绝缘子的数量来达到提高输电线路的抗雷击效果。

3.6 降低杆塔接地电阻

杆塔接地电阻，即雷击电流经杆塔传入大地，再传至相邻杆塔遇到的电阻，其数值大小直接反映出了杆塔和大地之间的接触情况。而降低杆塔接地电阻，则能有效降低反击雷对输电线路造成的损坏。该种防雷措施适用于地闪密度Ng∈[2.78，5]、Ng∈[5，7.98]以及其以上的重要输电线路。一旦输电线路经接地电阻改造后，则杆塔不得与接地线的接地电阻相连。另外，在雷电高发季节，杆塔的接地电阻值应小于表1数值。

当地闪密度Ng是其他值的输电线路经接地电阻改造后，其接地电阻值应小于表2数值。

其中，一旦地电阻率超过2 000 Ω·m后，杆塔的接地电阻值很难达到30 Ω。通常情况下，重要杆塔的接地电阻不得超过10 Ω，一般杆塔的接地电阻不得超过12 Ω。此外，在降低杆塔接地电阻时，严禁作业人员采用化学降阻剂等其他化学方式进行降阻。

3.7 架设耦合地线

耦合地线是位于输电线路下方或附近的架空地线，通常用于一般输电线路，具备较强的雷击分流效果。架设耦合地线能大幅度地降低输电线路的雷击率，主要应用于杆塔接地电阻降低难度较大的输电线路。通过架设耦合地线的方式来增强避雷设备和输电导线之间的耦合作用，继而降低绝缘子串间的过电压，以达到降低雷击率的目的。

在以往的電网架空输电线路安装过程中，由于对雷电规律的了解并不多，对输电线路造成影响的因素的认知也较为不足，缺乏前期的风险评估，使得输电线路的防雷措施都大同小异，且整体成本投入较大，效果却微乎其微。现阶段，随着各项技术的不断完善和成熟，以及对雷电规律的深入了解，在实际架设过程中为降低雷害事故，应结合实际线路情况制定相应的防雷措施。而差异化防雷技术的应用则能有效地解决以往存在的缺陷和不足，降低成本的同时也能提高线路的防雷水平，具备较高的应用价值。

4 结束语

针对架空输电线路存在的线路较长和分布较广的特性，以及其架设区域通常位于山地、旷野和丘陵等地区，使得其遭受雷击的概率较高。经相关数据统计分析，雷击是影响我国电网供电稳定性和安全性的主要因素之一，为确保我国供电的稳定性，在实际电网架空输电线路的安装过程中，相关技术人员应密切结合当地区域的实际地理情况以及气候条件，制定最优化的布置方案，合理采用差异化防雷技术，最大程度保障电网供电的安全稳定性。

参考文献

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