輸電線路雷電防護(hù)的現(xiàn)狀與分析

張愷+馬馳騁+陳士水+王婷婷+賴召安

摘 要：雷擊是危害輸電線路安全可靠運(yùn)行的主要原因之一。本文分析了架設(shè)避雷線、安裝避雷器等常規(guī)輸電線路防雷措施的特點(diǎn)及局限性。指出輸電線路防雷是一個(gè)綜合性課題，在防雷工程實(shí)踐中，應(yīng)本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則，綜合運(yùn)用多種防雷措施，才能取得較好的防雷效果。

關(guān)鍵詞：輸電線路；防雷；避雷器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.132

1 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國因雷擊引起的輸電線路跳閘事故占比約40%-70%[1]，在雷電多發(fā)地區(qū)、高土壤電阻率地區(qū)、山區(qū)尤為突出。此外，輸電線路的電壓等級越高，遭受雷害的幾率越大。因此，如何切實(shí)有效地制定輸電線路防雷措施，已經(jīng)成為保障電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作之一。本文綜述了目前國內(nèi)外輸電線路采用的主要防雷措施，分析了各自特點(diǎn)，為相關(guān)設(shè)計(jì)、研究工作提供參考。

2 輸電線路的防雷措施

2.1 架設(shè)避雷線

避雷線又稱架空地線，架設(shè)在桿塔頂部，主要作用是避免線路遭受直接雷擊，此外還具有以下三方面作用。一是分流，避雷線可使雷電流向各個(gè)線柱分流，減少流過桿塔的雷電流，提高線路的耐雷水平。二是耦合，避雷線可降低雷擊桿塔時(shí)絕緣子串上的電壓值，避免絕緣子閃絡(luò)事故。三是屏蔽，避雷線可降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

一般來說，線路電壓等級愈高，采用避雷線的效果愈好。500kV及以上的超高壓和特高壓線路應(yīng)架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角不大于15°；除部分雷害較少的110kV線路外，110kV及以上線路一般應(yīng)全線架設(shè)避雷線，保護(hù)角一般采用20°～30°；35kV架空線路，因絕緣相對較弱，裝設(shè)避雷線效果不大，一般不全線架設(shè)避雷線，而只是在距離變電站和發(fā)電站1～2km的進(jìn)線段架設(shè)避雷線；6kV或10kV線路一般不架設(shè)避雷線，但是對于雷擊多發(fā)或重要線路，建議架設(shè)單根避雷線。

2.2 安裝避雷器

避雷器大致上可以分為保護(hù)間隙、排氣式避雷器、閥式避雷器和金屬氧化物避雷器這4種。線路避雷器能夠減輕瞬態(tài)雷電沖擊時(shí)絕緣子發(fā)生閃絡(luò)的危險(xiǎn)，是電力系統(tǒng)最為常用的過電壓防護(hù)裝置。運(yùn)行時(shí)，將線路避雷器與線路絕緣子串并聯(lián)[2]，防止直擊雷或繞擊雷造成的雷害故障。配網(wǎng)避雷器除了能用于保護(hù)配電線路外，還可以用來保護(hù)配電變壓器、電力電纜等。國內(nèi)從1993年開始研制線路避雷器，現(xiàn)6kV到500kV各級輸電線路，均有使用線路避雷器進(jìn)行保護(hù)的實(shí)例，使用效果良好。但安裝避雷器投資成本高，故一般只在雷電活動(dòng)頻繁、重要的線段上采用。

2.3 降低桿塔接地電阻

降低接地電阻可以有效減小雷擊桿塔時(shí)的電位升高，架設(shè)避雷時(shí)同時(shí)采取降低接地電阻的措施對于減少桿塔雷擊事故非常有效。但當(dāng)雷電流過大時(shí)，此種方式作用比較有限。在山地、凍土等環(huán)境下，土壤電阻率極高，降低接地電阻非常困難，費(fèi)用高、工作量大，而且效果往往不盡人意。規(guī)程[3]要求，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻在雷雨季節(jié)不宜超過表1所列數(shù)值。

2.4 加裝耦合地線

當(dāng)難以采取降低接地電阻的措施，或雖架設(shè)避雷線但仍然頻繁遭受雷擊的線路，可嘗試加裝耦合地線。其原理是通過增加避雷線和導(dǎo)線之間的耦合作用，降低絕緣子串上的電壓，對雷電流進(jìn)行有效分流，減小桿塔波阻抗。但是，加裝耦合地線成本較高，且即使加裝，絕緣子仍有可能受雷擊閃絡(luò)，因此，無法大規(guī)模推廣使用。

2.5 增強(qiáng)線路絕緣

采用增加絕緣子串片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等措施，也能提高線路耐雷水平、降低建弧率。目前有研究發(fā)現(xiàn)大部分10kV導(dǎo)線上安裝的P-15型號(hào)的針式絕緣子建弧率很高[4]，易造成雷擊引起的工頻電弧燒傷和雷擊斷線；也有研究表明將線路上型號(hào)為P-10的針式絕緣子更換為型號(hào)為X-45的懸式絕緣子，線路的耐雷水平可以提高64.2%；對于線路上型號(hào)為X-70的絕緣子，它的片數(shù)每增加1片，沖擊閃絡(luò)電壓能夠提高將近1倍。由于桿塔結(jié)構(gòu)尺寸等因素，會(huì)有相當(dāng)大的局限性，實(shí)施前應(yīng)依據(jù)線路實(shí)際桿塔結(jié)構(gòu)，分析這一措施的可行性。

2.6 采用不平衡絕緣方式

近年來，在高壓和特高壓線路建設(shè)中，越來越多地采用同一桿塔架設(shè)雙回線路的措施，該方法可以大量減少線路走廊用地，節(jié)約工程投資。但是，雙回線路遭受雷擊時(shí)，有可能造成同時(shí)跳閘。為了避免大范圍停電的嚴(yán)重后果，在雷擊事故頻發(fā)的線路，可采用不平衡絕緣的方案。

該方案在兩回路間各安裝數(shù)量不一的絕緣子，線路遭受雷擊時(shí)，絕緣子片數(shù)少的回路會(huì)先發(fā)生閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，從而保證線路持續(xù)供電。但是，當(dāng)雷電流過大時(shí)，該方案并不能保證雙回路不同時(shí)跳閘，因此也難以從根本上消除雷電對線路造成的威脅。

2.7 裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置

裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置后，大多數(shù)雷擊造成的沖擊閃絡(luò)和工頻電弧在線路跳閘后能迅速去電離，線路不會(huì)發(fā)生永久性的損壞或老化。因此裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置對降低線路的雷擊事故率，具有較好效果。我國35kV及以下線路重合閘成功率約為50%，可見自動(dòng)重合閘是減少線路雷擊停電事故的有效措施。

但是，由于自動(dòng)重合閘裝置無法消除絕緣子串燒毀、線路掉線等故障，因此它必須和其他防雷裝置配合，才能保證線路不出現(xiàn)線路停跳事故。

2.8 安裝防弧金具

防弧金具可以分為剝離式防弧金具和穿刺型防弧間隙兩類，其中前者的結(jié)構(gòu)簡單，便于施工安裝，但密封性較差，易于受潮；后者采用穿刺安裝方式，密封性良好。防雷金具高壓電極與低壓電極之間的間隙距離比絕緣子串的干弧放電距離要小，可以將電弧疏導(dǎo)到金具上，保護(hù)導(dǎo)線不被燒毀損壞，對于防止絕緣導(dǎo)線斷線有良好效果；安裝防弧金具后，亦可允許線路承受一定工頻續(xù)流起弧。

3 結(jié)語

雷電活動(dòng)是小概率事件，隨機(jī)性強(qiáng)，在確定輸電線路防雷措施時(shí)，應(yīng)全面考慮線路重要程度、系統(tǒng)運(yùn)行方式、所處地區(qū)雷電活動(dòng)規(guī)律、地形地貌特點(diǎn)及土壤電阻率等多種條件，根據(jù)因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則，采取適合的一種或多種防雷措施，提高輸電線路的耐雷水平，降低雷擊事故發(fā)生概率。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳繼東，吳伯華.線路型500kV避雷器保護(hù)范圍的研究[J].電磁避雷器，2002（05）：33-38.

[2]李凡，施圍.線路型避雷器的絕緣配合[J].高電壓技術(shù)，2005（08）

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[3]中國電力工業(yè)部.DL/T620-1997，交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國電力出版社，1997.

[4]陳潔，姜建勛.10kV配電線路雷害事故分析及防雷措施仿真研究[J].電瓷避雷器，2011（04）：73-77.

作者簡介：張愷（1984-），男，山東日照人，碩士研究生，工程師，從事防雷技術(shù)研究。