高壓輸電線路綜合防雷措施及其技術(shù)特點分析

鄭 輝

（國網(wǎng)銀川供電公司，寧夏 銀川750011）

0 引言

實踐表明，雷擊輸電線路造成線路跳閘停電，在電網(wǎng)的總事故中占很大比例。同時，雷擊線路產(chǎn)生的雷電過電壓沿線路侵入變電所、發(fā)電廠，又是造成其主要電氣設(shè)備絕緣損壞的重要因素。因此為了采取經(jīng)濟、合理的防雷措施，以提高輸電線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率，保障電力系統(tǒng)的正常運行，應全面考慮線路的重要程度、電壓等級、負荷性質(zhì)、系統(tǒng)運行方式、線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強弱及其地形地貌特征、桿塔所在地土壤電阻率高低等條件，并結(jié)合當?shù)匾延芯€路的運行經(jīng)驗，進行全面的技術(shù)經(jīng)濟比較，從而確定出合理的保護方案。

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路段。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）雷暴走廊，如山區(qū)風口及順風的河谷和峽谷等處；

2）四周是山區(qū)的潮濕盆地，如鐵塔周圍有魚塘、水庫、湖泊、沼澤地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等處；

3）土壤電阻率有突變的地帶，如地質(zhì)斷層地帶、巖石與土壤、山坡與稻田的交界處，巖石山腳下有小河的山谷等地，雷易擊于低土壤電阻率處；

4）地下有導電性礦的地面和地下水位較高處；

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，線路電壓越高，采用架設(shè)避雷線的方法效果越好，而且避雷線在線路造價中所占的比重也越低（一般不超過線路總造價的10%）。因此規(guī)程規(guī)定，220kV及以上電壓等級的輸電線路應全線架設(shè)避雷線，110kV線路一般也應全線架設(shè)避雷線。同時，為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，避免雷電繞過避雷線而直接擊中導線，即減小繞擊率，避雷線對邊導線的保護角應做得小一些，一般采用20°-30°，220kV雙避雷線線路應做到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，山區(qū)宜采用更小的保護角。但是隨著避雷線保護角的減小，避雷線與導線的耦合也會隨之增加，耦合損失也會不斷增加，因此，對避雷線保護角的確定應當權(quán)衡繞擊率與耦合損耗二者，采用最經(jīng)濟的保護角。另外，桿塔上兩根地線間的距離，不應超過導線與地線間垂直距離的5倍。

為了起到保護作用，避雷線應在每基鐵塔處接地。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出電流并引起功率損耗。為了減少這一損耗，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（鐵塔）絕緣起來。雷擊時，間隙被擊穿，使避雷線接地。

2.2 采用絕緣避雷線防雷

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

由于避雷線至各相導線的距離一般不相等，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。

3 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻是影響塔頂電位的重要參數(shù),對于一般高度的桿塔,當桿塔型號、尺寸與絕緣子型號和數(shù)量確定后，降低桿塔接地電阻對提高架空送電線路耐雷水平、減少反擊概率是非常有效的。

避雷線與塔腳電阻相配合，在雷擊時能夠起到大幅度的降壓作用，故而對110kV及以上的混凝土桿塔或鐵塔線路，是一種最有效的防護措施，尤其在電阻率ρ≤300Ωm的土壤中，降低接地電阻較易，經(jīng)濟投資小。計算表明：桿塔接地電阻每增加10-20?，雷擊跳閘率將會增加50%-100%。

4 增設(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，耦合地線是架設(shè)于輸電線路相導線下的接地導線，它的作用主要有以下兩個方面：

1）加強避雷線與導線間的耦合，從而減小絕緣子串兩端電壓的反擊電壓和感應電壓的分量；

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做法。

5 提高絕緣等級，采用不平衡絕緣方式

6 安裝線路型避雷器

線路避雷器的防雷效果只對安裝點起保護作用，完全達到防雷效果需全線安裝線路避雷器，投資巨大，在線路的部分桿塔上安裝線路避雷器，如果選點不合適就達不到應有的保護效果，通常都是在遭受雷擊嚴重的部分桿塔點處裝設(shè)線路避雷器。因此，為

在所有防雷措施中，采用不平衡絕緣和加強絕緣是最經(jīng)濟、也是最容易實現(xiàn)的。增大絕緣時的效果，一是，提高了絕緣水平，從而提高了反擊和繞擊的耐雷水平；二是，降低了建弧率；三是，減少了保護角。由于大跨越、高桿塔線路雷擊過電壓高于一般線路段，為降低其跳閘率，可加大大跨越檔距導線與避雷線之間的間距，或者增加線路絕緣子串的片數(shù)，以加強絕緣。

在現(xiàn)代高壓及超高壓線路上，同桿架設(shè)的雙回線路日益增多。但因此類線路導線垂直排列，桿塔較高，線路反擊耐雷水平一般比同電壓等級、導線水平排列的線路要低。國內(nèi)外此種線路的運行經(jīng)驗表明，會產(chǎn)生同塔雙回線路的絕緣子相繼反擊的現(xiàn)象，從而造成雙回路同時跳閘，對于同桿架設(shè)的雙回路線路，其絕緣子串的片數(shù)應有所差別，其目的是：在雷擊時絕緣子串片數(shù)少的回路先發(fā)生閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導線相當于地線，增加了對另一回路的耦合作用，可降低其絕緣子串上的過電壓，提高了線路的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，保證另一回線路可避免在使用線路避雷器時的盲目性，必須掌握線路的運行現(xiàn)狀及重要性，加強針對性和技術(shù)經(jīng)濟比較，有針對性的安裝線路避雷器。

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%。根據(jù)規(guī)程《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（GB/T14285-2006）》要求：“3kV及以上架空線路及電纜、架空混合線路，在具有斷路器的條件下，如用電設(shè)備允許且無備用電源自動投入裝置時，應裝設(shè)自動重合閘裝置?！奔友b線路自動重合閘作為線路防雷的一種有效措施，在線路正常運行中和保證供電可靠性上都發(fā)揮了積極的作用，但應對瞬時故障加強巡視、分析和判斷，并及時予以查清處理，防止給線路安全運行遺留隱患。

8 結(jié)束語

總之，輸電線路和電網(wǎng)雷電防護是一項長期工作，隨著線路規(guī)模擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，以及氣候變化、雷電活動頻繁，電網(wǎng)雷害事故明顯增多，加強雷電參數(shù)及線路防雷分析，開展防雷改造、采取有效的防雷措施顯得特別重要。

［1］張緯鈸.電力系統(tǒng)過電壓及絕緣配合[M].北京：清華大學出版社,1988.

［2］何平，籃磊.關(guān)于架空線路感應過電壓的計算問題[J].高電壓技術(shù)，1999，25(2)：25-31.