關于500kV高壓交流輸電線路防雷的探討

涂建輝

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司）

關于500kV高壓交流輸電線路防雷的探討

涂建輝

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司）

到目前為止，雷擊仍然是引起線路跳閘停電事故的主要因素。本文在學習國內外輸電線路防雷技術應用研究的基礎上，結合自身實踐經(jīng)驗，對幾種較為實用防雷電繞擊技術進行深入研究，并探討了其應用與高壓交流輸電線路的適用范圍及可行性，希望能為500kV高壓交流輸電線路防雷提供參考。

500kV高壓：交流輸電線路；繞擊：防雷

1 引言

高壓輸電線路地處曠野，很容易遭受雷擊。且隨著電壓等級的逐步增大，線路跳閘故障中原因中雷擊所比例也將不斷增長。500kV高壓交流輸線路由于其電壓等級較高、輸送距離較遠、網(wǎng)絡參數(shù)較為復雜、桿塔較高等特點，使其引雷面積更大，這也極大的增加了其遭受雷擊的概率。我國屬于雷電活動強烈國家，500kV高壓交流輸電線路多位于空曠、地形條件復雜等地區(qū)，線路途徑多種不同環(huán)境，存在著雷害、污穢和覆冰等考驗。由此可見，加強500kV高壓交流輸電線路防雷探討，對于推動我國高壓電網(wǎng)建設大力發(fā)展的重要意義。

2 高壓輸電線路防雷技術

2.1 減小避雷線保護角

圖1 電氣幾何模型

如圖1電氣幾何模型所示，屏蔽弧弧段AB和暴露弧BD分別以以擊距sr和為cr半徑的弧線，以導線C與地線S為圓心，地面擊距的直線為gr為高度，直線DE為平行于地面。ABDE為定位曲面，落雷在AB、BD和DE面上，即分別擊中大地、相導線和避雷線。如果減小保護角，導線C移至C′時，線DE與暴露弧交點從D向D移動′，屏蔽弧與暴露弧的交點將會從B移至B′。從圖1也能看出當暴露弧減小時，屏蔽弧隨之增大，雷電擊中導線概率也隨之減小。從而通過避雷線保護角的減小使得導線雷電繞擊率有效降低。輸電線路繞擊耐雷性能與導線與避雷線的保護角有相當大的影響，尤其是在山區(qū)線路表現(xiàn)更為明顯，因存在地面傾角，繞擊率隨導線的保護角增加而增加，繞擊率隨對避雷線保護角減少而減少，減少的方法可分為以下幾種：

①避雷線的高度保持不變，增加絕緣子的片數(shù)，從而減小保護角，縮短導線的高度，降低輸電線路雷電繞擊率。②將避雷線和導線保持在一固定度的，通過縮短其之間水平側向距離來使保護角減小，降低繞擊率。③保護角在相同的情況下，避雷線、導線越短，其繞擊率就越小。

2.2 架設旁路屏蔽線

高壓輸電線路屏蔽系統(tǒng)主要由桿塔、大地與避雷線3者組成，輸電線路出現(xiàn)繞擊跳閘故障一定程度上可將其看作是由輸電線路屏蔽系統(tǒng)的引雷功能較弱，在此情況下可通過將某一屏蔽體的引雷能力增強，來降低輸電線路繞擊跳閘故障發(fā)生概率。旁路屏蔽地線架設在斜山坡地段主要目的在于使地面的引雷能力增強，預防繞擊事故。如圖2所示，可通過電氣幾何模型作圖對架設旁路地線的位置進行大致確定，地面傾角為A，以擊距rs為半徑的弧線相交于B點，分別以地線S和導線C為圓心，以擊距rs再以B點為圓心，為半徑畫弧，旁路地線的位置即為弧段CDE。得出結論，設置旁路地線對于預防山坡外側導線繞擊事故起著積極的作用。

圖2 確定旁路屏蔽地線位置

2.3 架設避雷針

2.3.1 塔頂架設可控放電避雷針

在塔頂安裝可控放電避雷針，具體原理為運用上行雷閃的特征，在需要時避雷針尖端電場足夠高發(fā)生畸變，迅速產(chǎn)生放電脈沖，可靠引發(fā)上行雷閃放電，以實現(xiàn)保護避雷對象的目的。如圖3（a）所示，將避雷針架設于如桿塔（尤其是轉角耐張塔）塔頂繞擊率較大的區(qū)域后，塔頂避雷針會將桿塔周邊的雷吸引過來，致使雷電擊中避雷針，從而預防線路遭雷電繞擊事故的發(fā)生。此種防雷技術已在應用貴州、湖南、重慶、遼寧、湖北、福建等多個省市應用，且均取得顯著的運行效果，適宜推廣使用。

2.3.2 地線上安裝防繞擊避雷短針

相關研究表明，因為輸電線路檔距中央的弧垂效應以及桿塔的引雷作用，依據(jù)輸電線路檔距，可將雷電繞擊大致分為危險、正常區(qū)域與安全3個不同區(qū)域。在距離桿塔10～30m的區(qū)域為危險區(qū)域，需要進行重點防護，如圖3（b）所示，可在避雷線上加裝側向短針相應間隙下地線的臨界電暈半徑小于地線上所架設側針的長度時，側針能夠使地線的引雷能力顯著提高。避雷線的臨界電暈半徑如果小于針長，針比線更易出現(xiàn)上行先導，這事需要對可能出現(xiàn)繞擊的弱雷提前進行攔截。將預放電防繞擊避雷針裝設在架空地線上，可以降低線路保護角，具有較強的引雷作用，能夠有效降低線路的雷電繞擊率。

圖3 避雷針結構示意圖

2.4 安裝線路避雷器

防雷用線路避雷器有很好的鉗位作用，當輸電線路遭受雷擊時，避雷器參與分流，雷電流將大部分的從避雷器流入導線，也因為導線與避雷線的耦合作用，戴冬導線電位增高，于是絕緣子串的閃絡電壓大于塔頂與導線與間的電位差，絕緣子出現(xiàn)閃絡概率大幅度降低。通過對500kV源安線路中氧化鋅避雷器的應用，調查顯示已取得初步成效。從20世紀80年代以來，國外就已經(jīng)不斷著手通過安裝氧化鋅避雷器降低線路雷擊故障的研究，并在各電壓等級的線路上成功的應用氧化鋅避雷器。我國也不甘落后，開發(fā)出500kV、220kV、110kV等不同電壓等級的線路避雷器。廣東某電網(wǎng)公司供電局將線路避雷器應用于110kV輸電線路，并在運行階段取得多次成功。相關調查表明，將線路避雷器安裝易遭雷擊的500kV高壓交流輸電線路中，能夠有效降低雷擊跳閘率，提高線路耐雷水平。

3 幾種防雷電繞擊技術的適用范圍

總而言之，輸電線路防雷設計過程中，無論哪條線路，只采用一種防雷技術，是不可能達到很好的防雷效果的，這就需要按照線路走廊的具體狀況，有針對性的選用幾種防雷技術進行共同防雷，從而降低雷擊跳閘率，實現(xiàn)供電的可靠性與安全性。

（1）日本500kV輸電線路運行結果證實，就算利用負保護角，還是存在著很高的跳閘率。這可能是由于雷電的風速與分岔現(xiàn)象導致導線偏移，使得保護角增大了所引起。由此相關文獻提出通過安裝多根避雷線進行防雷電繞擊，并論證了這種方式對防止雷電繞擊500kV高壓交流輸電線路的效果，但同時也存在著成本較高的問題?？稍?組地線截面稍有增加或固定不變的基礎上，在線路兩側及高塔頂部布置多根地線。

（2）減小避雷線保護角是預防雷電繞擊是最便捷、最經(jīng)濟措施之一。這里要注意，避雷線間應保持適當?shù)木嚯x，不可過寬，否則中相導線將會缺少防護。負保護角在山區(qū)線路、尤其是對于輸電距離較長500kV高壓線路中較為適用，如果能夠全線采用負保護角，可將雷電繞擊發(fā)生率最大限度的降低。

（3）因為高壓輸電線路桿塔較高，轉角耐張塔處雷電繞擊發(fā)生率較高，將放電避雷針塔頂安裝可控：桿塔10～30m距離的危險區(qū)域，將繞擊避雷短針安裝于地線上，引雷效果更佳。

（4）旁路地線架設可對導線完全屏蔽，從而減小山坡外側導線的繞擊概率。由此，可考慮在山區(qū)線路、雷電活動強烈地區(qū)架設旁路地線。

（5）線路避雷器安裝能夠使線路的耐雷水平有效提升。如果能夠將線路避雷器進行全線安裝，基本可以消除雷擊跳閘的事故，但由于線路避雷器購置成本較高，若全線安裝的資金投入較大，可在降阻困難的易擊段、線路土壤電阻率較高區(qū)域進行安裝。

4 結束語

綜上所述，在500kV高壓交流輸電線路防雷擊的應用策略中，充分利用對先進避雷器的技術研究是提高雷電防范、保障輸電線路安全與穩(wěn)定的重要途徑。相關研究工作者可以總結過去經(jīng)驗，學習先進防雷技術，并借助避雷器與架空地線的結合形成一套完整的防雷體系，從而從根本上保障輸電線路的制勝，實現(xiàn)輸電系統(tǒng)整體服務性與經(jīng)濟性共同發(fā)展。

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2016-7-1