架空輸電線路防雷與接地設計研究

【摘 要】架空輸電線路輸電是我國電力輸送的主要輸電方式，其覆蓋面積廣，所過區(qū)域地形復雜，跨度大且裸露在高空中，造成等效雷擊面積大。為了避免架空輸電線路遭受雷擊引起停電跳閘事故，影響輸配電的正常工作，本文從介紹了輸電線路防雷與接地設計的標準和重要性，分析了影響架空輸電線路防雷和接地性能的主要因素，研究了當前架空輸電線路上使用的幾類防雷和提高接地水平的方法，總結(jié)了其自身優(yōu)缺點，提出使用新型絕緣子提高線路絕緣水平和加裝并聯(lián)間隙方式進行疏導式防雷。

【關鍵詞】架空輸電線路；防雷與接地；絕緣水平；并聯(lián)間隙；疏導式防雷

一、架空輸電線路防雷與接地技術研究的重要性

架空輸電線路作為我國最主要的輸電載體，必須不惜一切保證其安全穩(wěn)定的工作。而我國的架空輸電線路有很多搭設年限久遠，設計絕緣水平低，并出現(xiàn)絕緣老化和接地電阻升高等，并且其覆蓋面積廣，所過區(qū)域地形復雜，跨度大且裸露在高空中，造成等效雷擊面積大，非常容易遭受雷擊而引發(fā)停電或跳閘事故，因此為了避免架空輸電線路遭受雷擊引起停電跳閘事故，影響電力系統(tǒng)的正常工作，對架空輸電線路防雷和接地技術的進行研究，以改進防雷和接地措施是一項具有重要研究價值的課題。

二、架空輸電線路的防雷和接地技術研究

（一）耐雷水平和雷擊跳閘率

（二）接地電阻

除了雷擊跳閘率和耐雷水平，整個輸電線路桿塔的接地電阻也是判定防雷性能的重要指標。在桿塔或線路受雷擊，接地電阻主要表現(xiàn)為金屬接地電阻和散流電阻。其中金屬接地電阻是沖擊電流和沖擊電壓共同作用下金屬接地體表現(xiàn)出的，滿足歐姆定律；而散流電阻是隨雷電流波形和幅值的變化而變化的非線性電阻，在雷電流泄放過程中，該值遠遠大于金屬接地電阻值。接地電阻在雷電流泄放過程中的最大電阻值被稱為沖擊接地電阻，由于金屬接地電阻存在電感，所以沖擊接地電阻不一定出現(xiàn)在雷電流峰值處。

（三）輸電線路防雷與接地性能的影響因素

通過分析了輸電線路防雷和接地性能的標準，知道了雷擊跳閘率與擊桿率、繞擊率等有關，而耐雷水平與接地電阻有關，所以可以得出影響防雷與接地性能的主要因素有：

1.地形因素：我國地域遼闊，地形復雜，高壓架空輸電線路大多架設在偏遠地區(qū)的山區(qū)和丘陵地帶。相比于平原地區(qū)，山區(qū)中雷電產(chǎn)生時由于風和地勢地形的影響，更容易直擊桿塔，造成雷擊跳閘事故。根據(jù)大量統(tǒng)計研究，歸納出了擊桿率這一指標，在避雷線數(shù)為0、1、2時，山區(qū)的擊桿率分別為1、0.33、0.25；平原的擊桿率分別為0.5、0.25、0.17。

2.地質(zhì)因素：耐雷水平的高低與桿塔的接地電阻的大小有重大關聯(lián)，對于土壤電阻率低的地質(zhì)，桿塔接地電阻可以做的較小，能很好地滿足規(guī)程的要求，但同時由于該地區(qū)土壤電阻率低，雷云靜電感應產(chǎn)生的感應電流易于集中，最后在該地區(qū)放電，形成多雷區(qū)。所以在考慮地質(zhì)因素的時候要綜合考慮土壤電阻率對接地電阻和雷擊次數(shù)的影響。

3.線路因素：除了自然影響因素外，線路自身也對防雷水平有重大影響。線路是否安裝避雷線、避雷針或避雷器等保護裝置對整個線路的擊桿率、繞擊率和建弧率都有影響，同時耦合地線的安裝對線路耦合系數(shù)和分流系數(shù)也有提高。因此，在建設架空輸電線路是這些因素都要進行詳細的考慮。

三、輸電線路防雷措施

通過分析影響架空輸電線路防雷和接地性能的主要因素，因此可以更加清楚的分析現(xiàn)如今正在使用的輸電線路防雷措施，主要包括克服自然環(huán)境、改善線路自身絕緣和加裝保護設施三類。其中克服自然環(huán)境包括合理的選擇輸電線路架設路線和降低桿塔的接地電阻，改善線路自身絕緣是通過增加絕緣子數(shù)和多回線路采用增長型不平衡絕緣方式，而加裝保護措施有增加耦合地線、避雷針、避雷器和采用自動重合閘等方式。

（一）自克服然環(huán)境的措施

合理選擇輸電線路的架設路線主要是為了避開那些容易遭受雷擊的區(qū)域，如山區(qū)風口、順風河谷、土壤電阻率突變或地下有導電礦的地域。而降低接地電阻就是使用物理方法或化學方法對土壤電阻率高的鹽堿地區(qū)進行降阻，使得桿塔的沖擊接地電阻小于規(guī)程要求的10Ω。主要的物理方法有增加水平金屬接地體長度、鋪設垂直接地體和使用雙重接地網(wǎng)等，近年來還出現(xiàn)了使用新型碳纖維復合接地體來降低接地電阻；化學方法主要是使用降阻劑來實現(xiàn)的，該方法在初始階段具有非常好的效果，但是隨著時間的流逝，雨水的沖刷，降阻效果越來越不好，所以需要重復降阻。

（二）改善自身絕緣措施

改善自身絕緣主要是合理規(guī)劃線路絕緣子數(shù)來提高絕緣水平，但又不影響線路桿塔設計的方法。在實際操作中，增加絕緣子數(shù)可以有效地降低線路閃絡幾率，但是一味的增加絕緣子數(shù)目有可能不僅不會提高絕緣水平，反而降低，這是因為在橫擔高度一定時增加了絕緣子數(shù)，會降低線路的平均高度，降低耐雷水平，同時增大桿塔的負擔。因此，這種方法只能在桿塔設計完成前應用，而在桿塔設計完成后，要提高線路的絕緣水平，可以考慮使用新型的具有更長閃絡距離的絕緣子，這樣可以在不改變線路對地高度的情況下增加絕緣子串的閃絡距離。而在多回輸電線路中，可以采用增長其他幾回線路的閃絡距離保持一回不變的方式形成不平衡絕緣方式，實現(xiàn)線路遭受雷擊時，該回線路最先閃絡。這樣再對該回線路進行其他有針對性的防雷措施，可以很好地解決多回線路雷擊同停跳的事故。

（三）加裝線路保護裝置措施

對于220kV及以上的高壓輸電線路，都架設有兩根避雷線對輸電線路進行保護，而中壓輸電線路架設一根避雷線，保護角為15度。最常用的加裝線路保護裝置措施就是在線路上安裝避雷線和耦合地線，同時減小避雷線的保護角的方式。保護角的范圍因地域而已，部分地方有做到0度或負角度的保護角避雷線。對于已建成的線路減小保護角的方法可以通過增大避雷線橫擔或減小輸電線路橫擔長度以及減小避雷線與輸電線高度差來實現(xiàn)，而對于新設計的線路只用合理設計即可。

此外，在線路上安裝避雷器也是一種很好的防雷方式，當線路有雷電流通過時，避雷器直接動作將雷電流經(jīng)桿塔引入大地，避免了絕緣子閃絡造成對絕緣子絕緣性能的損傷。而在絕緣子串兩端安裝并聯(lián)間隙是另一種防雷方式，只要設計合理，該方法可以通過熱浮力很好的將絕緣子上的工頻續(xù)流牽引出來并熄滅。該方法具有安裝方便，設計簡單和價格低廉等優(yōu)點，所以現(xiàn)如今有很多研究人員進行研究。

四、總結(jié)

架空輸電線路分布廣、覆蓋面大和所經(jīng)地勢地形復雜等自身特點造成了他面臨著重大的雷擊事故的客觀事實。為了避免事故對輸電的影響，本文通過對架空輸電線路的防雷與接地技術的研究重要性進行介紹，分析了衡量防雷水平的衡量指標和主要影響因素，針對不同的影響因素介紹了具體的防雷措施，其中主要以實用新型絕緣子和絕緣子串兩端加設并聯(lián)間隙最具合理性，為電力系統(tǒng)的安全運行提供保障。

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作者：劉庭磊（1982-），男，重慶人，大學本科，工程師，研究方向為輸配電網(wǎng)運維及工程管理。