輸電線路防雷措施及新技術(shù)研究

李健

（1.湖北工業(yè)大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院，湖北武漢430068；2.國網(wǎng)重慶合川區(qū)供電有限責(zé)任公司，重慶合川401520）

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輸電線路防雷措施及新技術(shù)研究

李健1，2

（1.湖北工業(yè)大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院，湖北武漢430068；2.國網(wǎng)重慶合川區(qū)供電有限責(zé)任公司，重慶合川401520）

首先介紹了輸電線路防雷的發(fā)展趨勢和雷擊放電的分類，其次提出了輸電防雷的措施以及新技術(shù)，為進(jìn)一步提升輸電線路防雷水平提供參考。

雷擊放電；避雷針；接地電阻；防雷保護(hù)

1　輸電線路防雷的發(fā)展趨勢

輸電線路防雷由于其本身的重要性，在歷史發(fā)展過程中經(jīng)歷了很多彎路，積累了很多經(jīng)驗(yàn)。1930年以前，主要以感應(yīng)雷為主導(dǎo)的防雷系統(tǒng)。在最初的電網(wǎng)發(fā)展中，輸電線路電壓等級較低，其雷電事故主要以感應(yīng)雷為主，因此在線路上安裝了地線，從而減少感應(yīng)過電壓。這條地線掛在相線下面，起到了很好的耦合地線的作用。

第二個階段，人們開始意識到直擊雷的危害，截至1950年，為防止直擊雷，雷電參數(shù)在這一時期有了很大的提高和系統(tǒng)歸納總結(jié)。期間，美國建成了220 kV高壓輸電線路，防雷技術(shù)得以促進(jìn)和發(fā)展，伴隨傳輸線的電壓等級的進(jìn)一步增加，絕緣水平在原有基礎(chǔ)上也大大改進(jìn)了，所以人們逐漸認(rèn)識到，直擊雷才是雷擊事故的主要來源。

第三階段是由傳統(tǒng)計算方法的爭論引起的，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新評估，其是源于美國345 kV線路的故障。該階段極大推進(jìn)輸電防雷研究進(jìn)度，促使理論分析與現(xiàn)場測試相結(jié)合，并在新認(rèn)識中逐步累積經(jīng)驗(yàn)。下一個階段就是1962年至今，這一階段作為一個模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測相結(jié)合的階段，人們在概率統(tǒng)計的方法和計算機(jī)的集成使用等方面有了很大的改進(jìn)。

為了加強(qiáng)線路可靠性，進(jìn)一步減少雷擊跳閘率，研究表明，僅僅采用傳統(tǒng)的防雷措施是不夠的，對于已采用防雷技術(shù)但是效率不明顯的地區(qū)，或無法使用傳統(tǒng)的防雷技術(shù)領(lǐng)域，從以下幾個方面入手，第一是利用多邊針系統(tǒng)，對于那些已經(jīng)運(yùn)行了避雷線的線路防雷，應(yīng)安裝側(cè)避雷針，這在一定程度上降低了雷擊。塔頂安裝多針系統(tǒng)相當(dāng)于把塔頭附近的避雷線向外延伸，也能進(jìn)一步減少繞擊。然后是線路避雷器的應(yīng)用，隨著避雷器在電網(wǎng)中日益重要的作用，國內(nèi)外對其的研究也日益深入。與傳統(tǒng)避雷技術(shù)相比，避雷器并聯(lián)于線路絕緣子兩端，對于常規(guī)防雷技術(shù)進(jìn)行了有效補(bǔ)充和加深，尤其在那些雷電活動頻發(fā)的地區(qū)和桿塔接地電阻降低有困難的地區(qū)。

2　雷擊放電的分類

雷擊放電分為感應(yīng)雷和分直擊雷，直擊雷過電壓是桿塔、避雷線或線路被雷電直接擊中而引起的過電壓。感應(yīng)雷過電壓是大地、線路相互之間的感應(yīng)而形成的電壓。

1）感應(yīng)雷過電壓。根據(jù)靜電感應(yīng)原理，線路被周圍的雷云逐步接近時，后在線路上感應(yīng)出部分束縛電荷，而且與雷云的電荷一樣，最后都會漏入地球，而絕緣中性點(diǎn)的電荷也會經(jīng)由線路泄露漏入大地。2）直擊雷過電壓。根據(jù)統(tǒng)計，線路跳閘主要都是因?yàn)橹苯永讚暨^電壓造成的。導(dǎo)線或桿塔被雷擊時，會產(chǎn)生比絕緣子串沖擊放電電壓還要高的感應(yīng)過電壓，這很容易降低供電的可靠性，甚至引發(fā)線路事故。直擊雷根據(jù)雷擊形式發(fā)生的可能性不同，又分為三類，分別是繞擊導(dǎo)線、直擊避雷線和直擊桿塔。

3　輸電線路防雷措施

1）合理選擇路徑。在選擇線路前，應(yīng)該對輸電線路通道的土壤電阻率、雷電活動和地質(zhì)地貌等進(jìn)行充分地實(shí)地考察，力爭在前期規(guī)劃和圖紙設(shè)計時就盡量避開容易遭受雷擊的地區(qū)。對于輸電線路通道必須要經(jīng)過的易受雷擊地段，一定要加強(qiáng)防雷保護(hù)和絕緣保護(hù)。2）架設(shè)避雷線。架設(shè)避雷線可以分流減小桿塔頂端的電位、與導(dǎo)線耦合降低絕緣子兩端的電位差以及對導(dǎo)線屏蔽降低導(dǎo)線感應(yīng)過電壓。為了減小繞擊率，避雷線保護(hù)角一般在20°～30°，500 kV及以上線路保護(hù)角小于15°，對于某些特殊線路或線路段，保護(hù)角甚至可能采取負(fù)角。3）降低桿塔接地電阻。對于所有等級線路，耐雷水平與接地電阻成反比。土壤電阻率在100～300Ω·m，采用自然接地和人工接地均可。這極大地降低了跳閘率。土壤電阻率大于2 000Ω·m，可采用特殊接地裝置或延長接地裝置。降低接地電阻的方法有使用降阻劑、采外引接地和伸長水平接地體等，其中使用降阻劑是一種常用有效的方法。4）架設(shè)耦合地線。當(dāng)降低接地電阻很難實(shí)現(xiàn)時，可以通過在導(dǎo)線底部架設(shè)耦合地線措施提高防雷性能。同時它與導(dǎo)線、避雷線的耦合會使得兩端電壓降低，從而提高了防雷性能。同時，耦合地線進(jìn)一步降低塔頂電位。5）采用自動重合閘裝置。永久性的絕緣損傷大部分情況下，都不會是因?yàn)槔纂姏_擊閃絡(luò)造成的，因?yàn)榭諝饨^緣水平可以迅速恢復(fù)。因此，采用自動重合閘裝置對提升供電可靠性和及時恢復(fù)供電有十分積極的作用。國內(nèi)線路重合閘成功率110 kV及以上最高達(dá)90%，35 kV及以下達(dá)75%。

4　輸電線路防雷的新技術(shù)

1）同塔雙回線路采用差絕緣防雷。研究發(fā)現(xiàn)可以使用差絕緣的方式來提高雷擊情況下的供電可靠性。差絕緣就是在同一條件下，絕緣子較少的回路首先發(fā)生閃絡(luò)。閃絡(luò)后，導(dǎo)線與完好的線路相互耦合，會對耐雷水平有所提升，從而保證了供電的可靠性。兩回輸電線絕緣子串片數(shù)的差異應(yīng)根據(jù)各方面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定，一般提倡兩回輸電線路的絕緣水平差異為1.73倍的相電壓峰值。2）線路避雷器防雷保護(hù)。避雷線并不能使繞擊率降為零，并且在特別大的雷電過電壓情況下，反擊發(fā)生的概率也非常大；還有就是在一些難以實(shí)現(xiàn)降低接地電阻的地方，當(dāng)一般的防雷保護(hù)難以滿足要求時，可以考慮安裝線路避雷器的方法來防雷，并能使建弧率減為零，從根本上降低雷擊跳閘率。當(dāng)雷擊避雷線或?qū)Ь€，避雷器動作將雷電流通過導(dǎo)線傳播到相鄰的鐵塔上。3）半導(dǎo)體消雷器。半導(dǎo)體消雷器也是近年來最新研制的防雷手段，它不僅能降低雷電流的幅值，而且在一定程度上可以減小陡度。它是由5～19根半導(dǎo)體針組成。4）可控放電避雷針?？煽胤烹姳芾揍樢蚱渚哂泻艽蟮囊啄芰洼^大的保護(hù)角，能夠有效降低輸電線繞擊率等優(yōu)勢，所以值得廣泛應(yīng)用于高壓輸電路防雷。同時，可控放電避雷針的還具有放電電流幅值小、陡度低的特征。依據(jù)輸電線路的耐雷水平，110～500 kV的輸電線路不發(fā)生跳閘而承受雷擊電流。

（編輯：王璐）

Research on Transmission Line Lightning Protection and New Technology

Li Jian1，2
（1.School of Electronic and Electrical Engineering，Hubei University，Wuhan Hubei430068；2.State Grid Chongqing Hechuan Power Co.，Ltd.，Hechuan Chongqing 401520）

This paper introduces the development trend of transmission line lightning and lightning discharges classification，followed by the proposed transmission lightning protection measures and new technologies in order to further enhance the level of transmission line lightning protection，provide a reference.

lightning discharge；lightning rod；grounding resistance；lightning protection

TM 862

A

2095-0748（2015）23-0033-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.14

2015-10-28

李健（1972—），男，重慶合川人，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程自動化管理。