廣東電網(wǎng)公司清遠(yuǎn)供電局 曾偉洲

對架空輸電線路防雷技術(shù)措施的闡述

廣東電網(wǎng)公司清遠(yuǎn)供電局 曾偉洲

本文就輸電線路雷擊原理、雷擊線路的形式及區(qū)分原則作了分析，最后提出了輸電線路防雷相關(guān)的技術(shù)措施。

輸電線路；雷擊原理；雷擊形式；防雷措施

1.雷擊原理

由大氣中的雷云對架空輸電線路放電引起的過電壓成為雷電過電壓。根據(jù)雷電過電壓形成的物理過程，輸電線路上出現(xiàn)的雷電過電壓主要有兩種，即為感應(yīng)雷電過電壓和直擊雷電過電壓。

1.1 感應(yīng)雷電過電壓

雷閃擊中輸電線路附近地面，在放電過程中由于電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的作用，在未直接遭受雷擊的輸電線路上感應(yīng)出的過電壓稱為雷電感應(yīng)過電壓。據(jù)資料顯示，感應(yīng)過電壓峰值最大可達(dá)300-400kV。對于35kV及以下線路，可能造成絕緣閃絡(luò)，但對于110kV及以上線路，由于其自身耐雷水平較高，一般不會引起閃絡(luò)。

1.2 直擊雷電過電壓

雷閃直接擊中輸電線路設(shè)備（桿塔、避雷線或?qū)Ь€）而引起的過電壓稱為直擊雷電過電壓。按照雷擊線路設(shè)備的不同部位，直擊雷電過電壓可分為3種：一是雷擊線路桿塔或避雷線，造成塔頂電位升高，對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓，即反擊；二是雷電繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線，在導(dǎo)線引起的過電壓，即繞擊；三是雷擊避雷線檔距中央且與導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)引起跳閘。

由于雷擊避雷線檔距中央造成線路跳閘的情況較為少見，因此直擊雷的防護(hù)主要是針對反擊和繞擊。

2.輸電線路雷擊閃絡(luò)類型分析及區(qū)分原則

2.1 輸電線路雷擊閃絡(luò)類型分析

2.1.1 雷擊桿塔或者架空地線即當(dāng)雷電流通過桿塔向大地釋放雷電流時，由于桿塔存在波阻抗，造成桿塔頂部電位升高，使絕緣子掛點(diǎn)側(cè)的電位高于導(dǎo)線側(cè)，形成電位差，當(dāng)這個電位差大于絕緣子閃絡(luò)電壓時造成絕緣子閃絡(luò)。

表1 雷電繞擊閃絡(luò)與雷電反擊閃絡(luò)區(qū)分的一般性原則

表2 輸電線路耐雷水平與接地電阻的關(guān)系

這種絕緣子閃絡(luò)被稱為反擊閃絡(luò)。造成絕緣子閃絡(luò)的原因主要與雷電流大小、桿塔型式、接地電阻、絕緣子空氣間隙及閃絡(luò)電壓有關(guān)。一般用桿塔的反擊耐雷水平進(jìn)行描述。

2.1.2 雷擊輸電線路導(dǎo)線時，雷電流在導(dǎo)線上傳輸，雷電流能量一般通過導(dǎo)線上的電暈損失，與相鄰導(dǎo)線的耦合作用消減雷電波波峰。但在導(dǎo)線上傳輸過程中，由于導(dǎo)線波阻抗的存在，在導(dǎo)線上形成一個雷電流引起的高電位，當(dāng)雷電流通過絕緣子串并高于絕緣子沖擊閃絡(luò)電壓時，絕緣子閃絡(luò)。

這種絕緣子閃絡(luò)被稱為繞擊閃絡(luò)。造成絕緣子閃絡(luò)的原因主要與雷電流大小、絕緣子空氣間隙及閃絡(luò)電壓有關(guān)。一般用桿塔的繞擊耐雷水平進(jìn)行描述。

2.2 輸電線路雷擊閃絡(luò)區(qū)分的一般性原則

區(qū)分雷電繞擊閃絡(luò)與雷電反擊閃絡(luò)的一般性原則見表1。

3.輸電線路防雷措施

做好輸電線路防雷工作，應(yīng)從兩方面入手：一是管理措施；二是技術(shù)防范措施。

3.1 管理措施

3.1.1 按照源頭控制、超前預(yù)防的原則，嚴(yán)把新線路投運(yùn)關(guān)

運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)提前參與新建、技改線路的規(guī)劃、方案的制定和審查，從源頭上確保各項(xiàng)技術(shù)措施的落實(shí)，對于新投產(chǎn)的線路，做好線路的驗(yàn)收工作，主要抽查接地體的埋深、規(guī)格、阻值等是否符合規(guī)程和的要求，并建立原始技術(shù)臺賬，確保新建線路零缺陷移交。

3.1.2 加強(qiáng)高壓輸電線路的運(yùn)行維護(hù)

運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)確保線路走廊和通道符合規(guī)程要求，對線路絕緣子自爆、導(dǎo)地線滑移等缺陷進(jìn)行及時消除，根據(jù)季節(jié)的變化、結(jié)合秋檢、冬檢、周期巡視、特殊巡視等方法，逐漸摸清或劃定雷電易擊點(diǎn)桿塔和多雷區(qū)段區(qū)域，建立數(shù)據(jù)庫，認(rèn)真總結(jié)、統(tǒng)計、分析線路歷年雷害故障及防雷措施應(yīng)用效果，結(jié)合線路歷年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和沿線地形、地貌、地質(zhì)、地勢，找出變化規(guī)律和趨勢，有針對性采取措施。

3.2 技術(shù)防范措施

3.2.1 降低繞擊跳閘率的措施

對于等級為110~220kV輸電線路繞擊，目前采取的方法主要有減小避雷線保護(hù)角，架設(shè)旁路架空地線，可控放電避雷針和加裝線路避雷器。

(1)減少輸電線路保護(hù)角

減小保護(hù)角是國內(nèi)外公認(rèn)的降低輸電線路繞擊跳閘率的最直接有效的措施，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也表明小保護(hù)角的輸電線路繞擊跳閘率要低一些。對老輸電線路進(jìn)行改造時，雖然減小保護(hù)角可以直接有效地降低輸電線路的雷擊跳閘率，但是改造工程復(fù)雜、施工周期長、費(fèi)用高，總體經(jīng)濟(jì)性不高。對于新建線路，應(yīng)用減小保護(hù)角技術(shù)只需對桿塔重新設(shè)計，不需對線路進(jìn)行額外改造。

DL/T620標(biāo)準(zhǔn)中推薦的保護(hù)角已不能滿足當(dāng)今的電網(wǎng)發(fā)展的要求，一般建議平原地區(qū)線路的單回路保護(hù)角采用0°～5°，同桿雙回線采用0°～-5°山區(qū)單回線保護(hù)角可采取0°～-5°，雙回路采用-8°～-10°。

(2)架設(shè)旁路架空地線

輸電線路的屏蔽系統(tǒng)由避雷線、桿塔和大地三者構(gòu)成，輸電線路發(fā)生繞擊跳閘事故可歸咎于屏蔽系統(tǒng)的引雷能力不夠。針對具體情況，增強(qiáng)某一屏蔽體的引雷能力，可有效地防止繞擊跳閘事故的發(fā)生。架設(shè)旁路架空地線是專門用來增強(qiáng)大地的引雷能力，減少雷電繞擊的一種新的防雷手段。

(3)可控放電避雷針

由于線路弧垂使得線路檔距中間段保護(hù)角小于近桿塔段，因此，近桿塔段線路發(fā)生繞擊的概率大于檔距中央段線路。在桿塔上安裝避雷針后，將桿塔附近的落雷吸引至桿塔頂部的避雷針上，雷電流通過桿塔流入大地，達(dá)到屏蔽近區(qū)線路的目的，減少線路受雷電繞擊的概率。但是桿塔上加裝避雷針后，大電流雷擊的概率增大，增加了雷擊塔頂反擊的機(jī)會。

(4)線路避雷器

線路避雷器與絕緣子串并聯(lián)安裝，其主要原理是當(dāng)雷電繞擊線路產(chǎn)生過電壓后，避雷器能夠可靠動作，限制過電壓在線路絕緣子串的閃絡(luò)電壓以下，切斷工頻電弧，避免了線路雷擊閃絡(luò)的單相接地故障，線路兩端開關(guān)不會因線路遭受雷擊而跳閘，線路避雷器對于雷擊塔頂?shù)姆磽艉途€路的直擊均有較好的防護(hù)效果，目前在國內(nèi)電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

3.2.2 降低反擊跳閘率的措施

防止輸電線路反擊跳閘的主要措施是降低桿塔接地電阻，其他措施還有安裝線路型氧化鋅避雷器、平衡高絕緣、架設(shè)耦合地線以及加裝塔頂拉線。

(1)降低接地電阻

輸電線路防雷性能的優(yōu)劣，主要用耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，輸電線路的桿塔耐雷水平應(yīng)達(dá)到其進(jìn)線段耐雷水平的2/3以上，因此，接地電阻值也應(yīng)保持相對較低的水平。

如220kV線路進(jìn)線段耐雷水平應(yīng)達(dá)到110kA，一般線段也應(yīng)達(dá)到75kA以上；110kV線路進(jìn)線段耐雷水平應(yīng)達(dá)到75kA，一般線段也應(yīng)達(dá)到40kA以上。表2是根據(jù)常規(guī)的計算分析方式得出的雙地線保護(hù)線路對接地裝置的基本要求。

表2中數(shù)據(jù)表明，在雙地線保護(hù)的情況下，要達(dá)到較為滿意的耐雷水平，110～500kV線路進(jìn)線段的接地電阻都應(yīng)控制在5～10Ω之間，一般線段也應(yīng)控制在5～20Ω之間，尤其是110～220kV線路，對接地電阻的要求更高，否則線路就很難達(dá)到基本的耐雷水平。

計算表明，對于單地線的輸電線路，由于架空地線的耦合系數(shù)偏小，在同樣接地電阻情況下，其耐雷水平要低25%左右，即使達(dá)到表1中的接地電阻要求，也不易滿足所需的耐雷水平。

顯然，無論是110kV還是500kV等級，接地電阻的大小都是影響線路耐雷水平的關(guān)鍵因素。因此，必須改進(jìn)接地裝置，并盡可能降低接地電阻。

(2)架設(shè)耦合地線

在降低接地電阻困難時，架設(shè)耦合地線對于降低線路雷擊跳閘率的效果是比較明顯的，尤其是山區(qū)輸電線路，可根據(jù)具體條件采用。耦合地線的主要作用有：

①對各相導(dǎo)線間的屏蔽耦合作用增大，使絕緣子串電壓降低，等值波阻抗減少，因而耐雷水平提高。

②對雷擊桿塔雷電流的分流作用增加，使塔頂電位降低。架設(shè)耦合地線的缺點(diǎn)是施工困難，受地形條件限制，增加線路運(yùn)行電能損耗，還有可能需要砍伐樹木。

(3)平衡高絕緣

平衡高絕緣即在線路兩側(cè)同時增加相同數(shù)量的絕緣子片數(shù)。這一方法可以顯著的增加線路的反擊耐雷水平，但是對于已建成的線路，此方法的可行性不高。

(4)同塔雙回路不平衡絕緣配置

對于同塔雙回路架設(shè)線路，常常會出現(xiàn)雙回路同時雷擊閃絡(luò)跳閘，對電網(wǎng)的安全危害極大。如使兩回線的絕緣子片數(shù)或長度有所差異，雷擊時，片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于耦合地線，增加了對另一回導(dǎo)線的耦合作用，減少了雙回線同時閃絡(luò)跳閘的概率。

(5)加裝塔頂拉線

加裝塔頂拉線的作用也是增加分流作用，使得通過桿塔入地的電流減少，從而提高輸電線路的反擊耐雷水平。由于要考慮塔頂拉線與導(dǎo)線之間的安全距離，因此加裝塔頂拉線只有在特殊的地形條件下才可采用，占地面積較大，并且還需要敷設(shè)塔頂拉線的接地裝置，另外需要考慮拉線在地面附近的腐蝕問題。由于以上一些原因的限制，目前僅在一些山區(qū)有少量的應(yīng)用。

(6)安裝線路型氧化鋅避雷器

線路避雷器也可用在線路防反擊上，裝設(shè)線路避雷器后，線路能夠耐受的雷電流超過安裝前線路的耐雷水平，從而提高了線路的反擊耐雷水平。降低安裝處桿塔的雷擊跳閘率，提高供電可靠性。但其缺點(diǎn)是保護(hù)范圍小，適用于在一些頻繁跳閘的易擊點(diǎn)或易擊段。

(7)使用并聯(lián)間隙

并聯(lián)間隙技術(shù)是利用在絕緣子串兩端并聯(lián)一對金屬電極構(gòu)成間隙，使雷擊線路時閃絡(luò)發(fā)生在該間隙處，從而保護(hù)絕緣子串免受電弧灼燒的一種輸電線路防雷技術(shù)。

4.結(jié)語

架空輸電線路遭受雷擊時有發(fā)生，但雷擊屬于小概率事件，杜絕線路雷擊跳閘仍為世界性難題。因此，線路防雷技術(shù)人員在實(shí)際工作中，應(yīng)堅持“預(yù)防為主、綜合治理”的原則，根據(jù)輸電線路在電網(wǎng)中的重要程度、線路走廊雷電活動強(qiáng)度、地形地貌及線路結(jié)構(gòu)等差異和雷擊形式，有針對性地開展線路綜合防雷措施，進(jìn)一步提高輸電線路防雷技術(shù)及管理水平。

[1]余力,李和國.架空輸電線路的防雷與接地[J]江西電力,2010(2).