輸電線路設(shè)計與運行中的防雷措施

張俊心

（寧夏先科電力設(shè)計咨詢有限公司，寧夏 銀川 750001）

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，我國電力系統(tǒng)各類事故、障礙統(tǒng)計中，輸、配電線路的雷害事故占有很大的比例。由于輸電線路對于?！熬W(wǎng)”的重要地位，如何減少輸電線路的雷害事故成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的一項重要課題。

1 合理選擇輸電線路路徑

大量運行經(jīng)驗表明，線路遭受雷擊往往集中于線路的某些地段。我們稱之為選擇性雷擊區(qū)，或稱為易擊區(qū)。線路若能避開易擊區(qū)，或?qū)σ讚魠^(qū)線段加強保護，則是防止雷害的根本措施。實踐表明，下列地段易遭受雷擊：

1.1 雷暴走廊

1.2 四周是山丘的潮濕盆地

1.3 土壤電阻率有突變的地帶

1.4 地下有導電性礦的地面和地下水位較高處

1.5 當土壤電阻率差別不大時，例如有良好的土層和植被的山丘，雷易擊于突出的山頂、山的向陽坡等

2 架設(shè)避雷線

2.1 架設(shè)避雷線

通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低(一般不超過線路的總造價的10%)。因此規(guī)程規(guī)定，220kV及以上電壓等級的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，110kV線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線。

為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，保證雷電不致繞過避雷線而直接命中導線，應(yīng)當減小繞擊率。避雷線對邊導線的保護角應(yīng)做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV雙避雷線線路應(yīng)做到20°左右，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線，保護角在15°及以下。

為了起到保護作用，避雷線應(yīng)在每基桿塔處接地。在雙避雷線的超高壓輸電線路上，正常的工作電流將在每個檔距中兩根避雷線所組成的閉合回路里感應(yīng)出電流并引起功率損耗。為了減小這一損耗，同時為了把避雷線兼作通訊及繼電保護的通道，可將避雷線經(jīng)過一個小間隙對地(桿塔)絕緣起來。雷擊時，間隙被擊穿，使避雷線接地。

隨著線路電壓等級的下降，線路的絕緣水平也隨之逐級下降，避雷線的防護效果也就逐步降低，以致在很低電壓(例如20kV以下)時失去實用意義。因此，避雷線一般只用于輸電線路中。

2.2 采用絕緣避雷線防雷

送電線路的避雷線除用作防雷外，還有多方面的綜合作用，如實現(xiàn)載波通信；降低不對稱短路時的工頻過電壓、減小潛供電流；作為屏蔽線以降低電力線對通信線的干擾等。按照用途之不同，避雷線懸掛方式有兩種，一種是直接懸掛于桿塔上，另一種是經(jīng)過絕緣子與桿塔相連，即使避雷線對地絕緣。

由于避雷線至各相導線的距離一般是不相等的，它們之間的互感就有些差別，因此，盡管在正常情況下三相導線上的負荷電流是平衡的，但在避雷線上仍然要感應(yīng)出一個縱電動勢。如果避雷線逐桿接地，這個電動勢就要產(chǎn)生電流，其結(jié)果就增加了線路的電能損失。這個附加的電能損失是同負荷電流的平方和線路長度成比例。

3 降低桿塔接地電阻

3.1 利用接地電阻降阻劑

3.2 采用爆破接地技術(shù)

3.3 采用多支外引式接地裝置

3.4 采取伸長水平接地體

4 安裝線路避雷器

即使在全線架設(shè)避雷線，也不能完全排除在導線上出現(xiàn)過電壓的可能性，安裝線路避雷器可以使由于雷擊所產(chǎn)生的過電壓超過一定的幅值時動作，給雷電流提供一個低阻抗的通路，使其泄放到大地，從而限制了電壓的升高，保障了線路、設(shè)備安全。雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相鄰桿塔，另一部分雷電流經(jīng)桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。

雷擊桿塔時塔頂電位迅速提高，其電位值為：

式中：i為雷電流；Rd為沖擊接地電阻；L×di／dl為暫態(tài)分量。

加裝避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相鄰桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相鄰桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡(luò)，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。

5 架設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時，可采用架設(shè)耦合地線的措施，即在導線下方(或附近)再架設(shè)一條地線。它的作用主要有以下方面：

5.1 加強避雷線與導線間的耦合，從而減少絕緣子串兩端電壓的反擊電壓和感應(yīng)電壓的分量

5.2 增加了雷擊塔頂時向相鄰桿塔分流的雷電流

運行經(jīng)驗表明，耦合地線對減小雷擊跳閘率的效果是顯著的，尤其在山區(qū)的輸電線路其效果更為明顯。我國曾對110kV和220kV有避雷線線路采用過加裝耦合地線的作法。

6 采用中性點非有效接地方式

多年來的運行經(jīng)驗表明，在電力系統(tǒng)中的故障和事故，至少有60%以上是單相接地。但是，當中性點不接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，仍然保持三相電壓的平衡，并繼續(xù)對用戶供電，使運行人員有足夠的時間來尋找故障點并作及時的處理。35kV及以下電力系統(tǒng)中采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。

考慮到35kV系統(tǒng)是中性點不直接接地的小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地短路運行，那么在線路設(shè)計時，應(yīng)把無避雷線部分線路盡量采用導線三角型排列方式，使最上面一相導線充當避雷線的作用。架設(shè)避雷線的進線段，應(yīng)盡量采用導線水平排列的門型桿塔，因雙避雷線對雷電流有分流作用，可降低雷擊桿頂?shù)碾娢?，使雷擊跳閘率減少；若其間有單桿雙桿交替，因單雙避雷線的過渡點與導線由三角形排列向水平排列的過渡點在施工過程中難以保證同一，會造成導線過渡點附近的保護角過大，而增加繞擊機會。同時，雙避雷線在桿頂還要互相聯(lián)結(jié)并分別裝設(shè)接地引下線。

7 裝設(shè)自動重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計，我國110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達75%-95%，35kV及以下的線路成功率約為50%-80%。

8 合理選擇輸電線路的絕緣配合

架空送電線路的絕緣配合設(shè)計就是要解決桿塔上和檔距中央中各種可能放電途徑(包括導線對桿塔、導線對避雷線、導線對地、不同相導線間)的絕緣選擇和相互配合的問題，包括：

8.1 桿塔上的絕緣配合設(shè)計

8.2 檔距中央導線及避雷線間的絕緣配合設(shè)計

8.3 檔距中央導線對地及各被跨越物的絕緣配合設(shè)計

8.4 檔距中央不同相導線間的絕緣配合設(shè)計

9 某些重點地段的保護措施

9.1 發(fā)電廠及變電所進線段的保護

9.2 對線路交叉跨越檔的保護

9.3 對大跨越檔的保護

10 結(jié)束語

輸電線路防雷保護工作必須一切從實際出發(fā)，要充分聽取各種意見，科研、設(shè)計、施工和運行部門應(yīng)緊密結(jié)合，通力協(xié)作，根據(jù)當?shù)乩纂娀顒忧闆r和電力網(wǎng)的具體特點等，進行充分的技術(shù)經(jīng)濟論證，保證防雷保護的設(shè)計方案技術(shù)先進、方案合理。

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［4］肖如泉，何金良.高壓電工學[M].中國水利水電出版社，1997.

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