淺談輸電線路的防雷保護與措施

劉洋

摘 要：本文通過對輸電線路遭受雷擊，感應(yīng)雷過電壓、直擊雷過電壓形成的機理以及不同雷擊所產(chǎn)生的不同效果的闡述，有針對性地提出了降低桿塔接地電阻、安裝線路避雷器、提高線路絕緣配合、架設(shè)避雷線、增設(shè)耦合地線等輸電線路的防雷措施，以提高輸電線路耐雷水平，降低輸電線路的雷擊跳閘率。

關(guān)鍵詞：輸電線路；防雷措施；過電壓

中圖分類號： TM726 文獻標(biāo)識碼：A

在電力系統(tǒng)中，輸電線路的防雷問題較為突出。電網(wǎng)因雷電引起的故障占有相當(dāng)大的比例，基本上2/3的輸電線路故障是由于雷擊造成的。特別是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的山區(qū)，雷擊輸電線路而引起的故障率更高，影響供電安全與可靠性，造成較大的經(jīng)濟損失及社會影響。因此，我們必須采取措施做好線路的防雷工作，提高輸電線路的耐雷水平，降低線路跳閘率，保證輸電網(wǎng)安全可靠運行。

1 輸電線路雷擊過電壓

輸電線路雷擊過電壓一般有兩種：感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓。

1.1 感應(yīng)雷過電壓

當(dāng)雷電擊于線路附近大地時，由于雷電通道周圍空間電磁場的急劇變化，會在線路上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，包括靜電分量和電磁分量。

1.1.1 導(dǎo)線上方無避雷線時的感應(yīng)雷過電壓

當(dāng)雷擊點距線路距離大于65m時，由于雷擊地面時雷擊點的自然接地電阻較大，雷電流幅值I一般不超過100kA。實測證明，感應(yīng)過電壓一般不超過300～400kV，對35kV線路U50%放電電壓為360kV，所以感應(yīng)雷對35kV及以下水泥桿線路會引起一定的閃絡(luò)事故；對110kV及以上的線路，由于絕緣水平較高，7片絕緣子U50%放電電壓為750kV左右，所以一般不會引起閃絡(luò)事故。

1.1.2 導(dǎo)線上方有避雷線時的感應(yīng)雷過電壓

當(dāng)雷電擊于架設(shè)有避雷線的導(dǎo)線附近大地時，因避雷線的屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷減少，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就會降低，而且耦合系數(shù)越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓越低。

1.2 直擊雷過電壓

近幾年，雁江供電公司輸電線路雷害事故情況統(tǒng)計，線路跳閘、絕緣擊穿、導(dǎo)線斷股斷線等主要由直擊雷過電壓引起。 輸電線路遭受直擊雷可分為三種情況：雷擊桿塔塔頂、雷擊避雷線檔距中央、雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線。

1.2.1 雷擊桿塔塔頂

雷擊桿塔前，雷電通道的負(fù)電荷在桿塔及架空地線上感應(yīng)正電荷；當(dāng)雷擊塔頂時，雷電通道中的負(fù)電荷與桿塔及架空地線上的正感應(yīng)電荷迅速中和形成雷電流，雷擊瞬間自塔頂有一負(fù)雷電波沿桿塔向下運行，另有兩個相同的負(fù)電流波通過避雷線向兩側(cè)相鄰桿塔運行。同時桿頂有一正雷電波沿雷電通道向上運行，該波數(shù)值上與三個負(fù)電流之和相等，線路絕緣上的過電壓就由這幾個雷電流波引起。

當(dāng)絕緣子串上的電壓超過線路絕緣水平U50%時，導(dǎo)線與桿塔之間就會發(fā)生閃絡(luò)，這是由于接地的桿塔和避雷線電位升高所引起，此類閃絡(luò)即為“反擊”。為減少反擊，必須提高線路耐雷水平，相關(guān)規(guī)程的雷擊桿塔時耐雷水平為：35kV：20-30kA；110kV：40-75kA； 220kV：80-120kA；330kV：100-150kA；500kV：125-175kA。實際工作中常常以降低桿塔接地電阻和提高耦合系數(shù)作為主要手段。

1.2.2 雷擊于避雷線檔距中央

當(dāng)雷擊于避雷線檔距中央時，雷電波沿避雷線向桿塔兩端運行，造成的后果比雷擊塔頂?shù)那闆r要小。當(dāng)雷擊過電壓的幅值超過空氣間隙距離的擊穿電壓時，空氣間隙擊穿就會造成短路事故。

1.2.3 雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線 或直接擊于導(dǎo)線

部分雷繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線，雖然繞擊的概率較低，但因直接擊中導(dǎo)線，導(dǎo)致線路絕緣子上的雷電過電壓值很高，因而發(fā)生事故幾率也高。依據(jù)我國現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，35kV、110kV、220kV、330kV、500kV線路的繞擊耐雷水平分別為3.5kA、7kA、13kA、16kA、27.4kA，該值比雷擊桿塔的耐雷水平小得多。繞擊率隨保護角度的減小而下降，要提高繞擊線路時的耐雷水平，可降低避雷線的保護角。

2 輸電線路的防雷措施

2.1輸電線路防雷基本原則

2.1.1保護導(dǎo)線不受或少受雷擊，可采用架設(shè)避雷線、避雷針或采用電纜

2.1.2雷擊塔頂或避雷線時不使或少使絕緣發(fā)生閃絡(luò)。因此需提高線路的耐雷水平或線路的絕緣水平。可采用降低接地電阻和增設(shè)避雷器。

2.1.3當(dāng)絕緣發(fā)生閃絡(luò)時，減少由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電力電弧的概率，因而減少雷擊跳閘率，所以應(yīng)減少絕緣上的工頻電場強度。

2.1.4即使跳閘了，但不中斷電力供應(yīng)，可采用自動重合閘或采用雙回及環(huán)網(wǎng)供電。

2.2 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻是最直接、最有效的防雷措施之一。接地電阻阻值的高低是影響桿塔頂電位高低的關(guān)鍵性因素。桿塔接地電阻如果過大，雷擊時易使桿塔頂電位升高，對線路產(chǎn)生反擊。若接地電阻滿足要求，則雷電波侵入時，絕大多數(shù)雷電流將沿著桿塔泄導(dǎo)入大地，不致破壞線路絕緣，從而保證線路的安全運行。

雁江公司每年對所有輸電線路接地電阻進行測試，對電阻不合格地網(wǎng)進行整改；每年對部分輸電線路桿塔接地網(wǎng)進行開挖檢查，對腐蝕程度超過規(guī)定的一律進行整改；根據(jù)反措要求，將所有桿塔從桿頂用圓鋼與地網(wǎng)連通，保證雷電流泄放通道暢通。通過以上降阻措施，提高了線路耐雷水平，減少了反擊發(fā)生。

2.3 裝設(shè)線路避雷器

線路避雷器是近年來用作架空輸電線路加強防雷保護較為有效的方法，在防止反擊和繞擊導(dǎo)線后對絕緣子造成的沖擊閃絡(luò)方面均有很好的效果。對于雷電活動特別頻繁區(qū)域，應(yīng)廣泛使用線路避雷器。它與絕緣子串并聯(lián)在桿塔上，因其殘壓低于絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓，因此，當(dāng)桿塔和導(dǎo)線電位超過避雷器的動作電壓時，避雷器就加大分流，保證絕緣子不閃絡(luò)。

避雷器的選型，10kV、35kV線路由于間隙不易實現(xiàn)絕緣配合，采用帶脫離器的無間隙避雷器，通過脫離器動作達到免維護，避雷器故障損壞后，脫離器會迅速動作，將故障避雷器從輸電系統(tǒng)中退出，及時消除系統(tǒng)永久接地并為故障避雷器提供明顯標(biāo)識。110kV及以上電壓等級線路選擇采用帶間隙的線路避雷器，正常工作時，90%的壓降在間隙上，10%的壓降在閥片，閥片上的荷電率低，閥片不易老化，從而達到免維護的目的。

雁江供電公司屬于丘陵地帶，雷電活動頻繁，35kV東大線#30-#37桿屬于易受雷擊去，據(jù)2005-2011年該線路雷擊資料顯示，此段經(jīng)常發(fā)生雷擊掉串及雷擊斷線事故。在2005年發(fā)生了#33-#34桿雷擊斷線事故，于是在#34桿安裝3只避雷器，但過后的幾年#33、#35桿仍然發(fā)生了雷擊事故，通過分析，由于#34桿安裝的避雷器只能保護本基桿塔及桿塔左右檔距，并不能保護相鄰桿塔，而該桿塔土壤電阻率較，可能引起下一基繞擊，為此該段線路需多基連續(xù)安裝。2011年7月又在#33、#35桿分別安裝避雷器，至今該段線路未發(fā)生過雷擊跳閘事故。

至2014年，雁江公司已安裝各類避雷器64組，防雷效果明顯，尤其在2012年13條輸電線路未發(fā)生雷擊跳閘故障，2014年僅發(fā)生一次雷擊跳閘故障。

2.4 架設(shè)避雷線

在輸電線路防雷保護中，效率最高的方法就是架設(shè)避雷線，不但能夠避免導(dǎo)線遭雷直擊，避雷線還具有下述作用：屏蔽導(dǎo)線，減小導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓；耦合導(dǎo)線作用控制線路絕緣子電壓；分流能夠降低塔頂電位，并降低流過桿塔的雷擊電流，避免線路發(fā)生閃絡(luò)。一般全線架設(shè)避雷線的方式應(yīng)用于110kV電壓等級以上的輸電線路，220kV及以上線路應(yīng)沿全線架設(shè)雙避雷線，兩根避雷線間的距離不應(yīng)超過導(dǎo)線與避雷線間垂直距離的5倍。保護角一般取20°～30°，330kV及220kV一般采用20°左右，500kV一般不大于15°。

2.5 架設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時，可以在導(dǎo)線下方增加一條架空地線，稱為耦合地線。其作用是增加避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用以降低絕緣子串上的電壓；此外，耦合地線還可以使該基桿塔地網(wǎng)與相鄰桿段的地網(wǎng)得到良好的連接，相當(dāng)于埋設(shè)了連續(xù)伸長接地體，增加對雷電流的分流作用。運行經(jīng)驗表明，耦合地線對減少雷擊跳閘率效果是顯著的，一些經(jīng)常遭受雷擊的線路在加裝了耦合地線后，線路雷擊跳閘率降低40-50%左右。。

2.6 采用不平衡絕緣方式

在高壓及超高壓線路中，同桿架設(shè)的雙回線路較多，當(dāng)采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時，可采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時跳閘率。不平衡絕緣的原則是使二回路的絕緣子串片數(shù)有差異，雷擊時絕緣子串片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對另一回導(dǎo)線的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平使之不發(fā)生閃絡(luò)以保證另一回路導(dǎo)線可繼續(xù)供電。

2.7裝設(shè)自動重合閘

由于雷擊造成的閃絡(luò)大多能在跳閘后自行恢復(fù)絕緣性能，所以重合閘成功率較高，據(jù)統(tǒng)計，我國110kV及以上高壓線路重合閘成功率為75%～90%；35kV及以下線路約為50%～80%。因此，各級電壓的線路應(yīng)盡量裝設(shè)自動重合閘。

2.8 加強絕緣

絕緣子的性能直接影響到線路的耐雷水平。對運行中的絕緣子應(yīng)按規(guī)程要求定期對零值絕緣子進行檢測，對不合格的應(yīng)及時進行更換，并對絕緣子的劣化情況進行統(tǒng)計、分析，確保線路絕緣子始終滿足運行要求。

對于一些雷擊頻繁地區(qū)，可采取一些有針對性的措施，適當(dāng)加強線路的絕緣配合，以提高其耐雷水平，通常情況下110kV線路單串懸垂絕緣子串的絕緣子為7片，單串耐張絕緣子串的絕緣子為8片，正常情況下均能滿足防雷要求。但為了進一步增強線路的耐雷水平，提高絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓值，每串絕緣子串可適當(dāng)增加1片。實踐證明，一些增加了1片絕緣子的線路投入運行后，耐雷水平大大增強，很少發(fā)生雷擊跳閘事故。

對高桿塔，規(guī)程規(guī)定，全高超過40m有避雷線的桿塔，每增高10m應(yīng)增加一片絕緣子，全高超過100m的桿塔，絕緣子數(shù)量應(yīng)根據(jù)運行經(jīng)驗通過計算確定。

2.9 應(yīng)用雷電定位系統(tǒng)

雷電定位系統(tǒng)是一種雷電實時監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)線路發(fā)生雷擊跳閘時，雷電定位系統(tǒng)能準(zhǔn)確定位雷擊桿塔，幫助巡線人員及時查找故障點，大大節(jié)省故障查找時間，使線路及時恢復(fù)供電。同時，通過對雷電定位系統(tǒng)的雷電數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，能及時掌握雷電活動的規(guī)律、特性和有關(guān)數(shù)據(jù)，對于今后的防雷工作有指導(dǎo)意義。

結(jié)語

輸電線路發(fā)生雷擊跳閘的原因是多方面的，要做好線路的防雷工作，在采取防雷措施前要認(rèn)真分析線路遭受雷擊的原因，可利用雷電定位系統(tǒng)，對線路走廊的雷電活動進行統(tǒng)計分析，考慮地形地貌的影響，特別是水域、大跨越、大斜坡、礦區(qū)的影響，同時要結(jié)合歷年線路跳閘情況，根據(jù)運行經(jīng)驗以及系統(tǒng)運行方式等，指導(dǎo)防雷工作開展，通過比較選取合理可行的防雷措施，才有可能降低線路跳閘率，將雷害帶來的損失降到最小，以保證線路的安全可靠運行。

參考文獻

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