輸電線路防雷擊措施和方法

陳昌鐸，鄭建欣

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473000)

輸電線路防雷擊措施和方法

陳昌鐸，鄭建欣

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473000)

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，由于其暴露在野外，長(zhǎng)期受到外界惡劣環(huán)境的影響，很容易遭受雷擊而發(fā)生故障，影響供電安全，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致大面積停電事故。因此，采取有效可行的線路防雷擊措施，對(duì)確保輸電線路的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。文章分析了輸電線路的防雷擊措施。

輸電線路；防雷擊；避雷器；閃絡(luò)

雷電不僅會(huì)使絕緣子發(fā)生閃絡(luò)或擊穿，有時(shí)還會(huì)引起導(dǎo)線斷線等事故。

雷電電壓高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，瞬間電流可高達(dá)十萬(wàn)安。電流高壓效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏甚至數(shù)十萬(wàn)伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設(shè)備，足以擊穿絕緣使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致供電中斷。雷擊經(jīng)常引起雙回路同時(shí)停電，20%～30%的輸電線路故障發(fā)生在雙輸電線路。

我國(guó)雷電分布特點(diǎn)是：夏季多于春秋季，陸地多于海洋，山區(qū)多于平原，南方多于北方。據(jù)電網(wǎng)故障防雷統(tǒng)計(jì)表明，在我國(guó)跳閘率較高的地區(qū)，輸電線路總跳閘次數(shù)中，由雷擊原因?qū)е碌恼?0%～70%，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的山區(qū)，雷擊輸電線路引起的事故率更高?？梢?jiàn)，雷擊已成為影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響的重要因素之一。

每一次雷擊閃絡(luò)，不僅使系統(tǒng)出現(xiàn)一次強(qiáng)的擾動(dòng)，還可能造成設(shè)備損壞、線路停運(yùn)，甚至出現(xiàn)電網(wǎng)大面積停電事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)我國(guó)雷電活動(dòng)加劇，電網(wǎng)新增速度加快，線路的電壓等級(jí)不斷提高，由雷擊造成的電網(wǎng)事故及損失也逐年上升。加強(qiáng)輸電線路的雷電防護(hù)，對(duì)維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著要的意義。

1 雷擊故障分類

架空輸電線路中常見(jiàn)的雷電過(guò)電壓有2種：一種是感應(yīng)雷過(guò)電壓；另一種是直擊雷過(guò)電壓。110 kV及以上電壓等級(jí)輸電線路由于其絕緣水平較高，感應(yīng)雷過(guò)電壓危害一般較小，重點(diǎn)是直擊雷的防護(hù)。

直擊雷按擊中線路設(shè)備的部位又分為3種：雷擊于桿塔頂部或桿塔附近的避雷線，即常說(shuō)的反擊雷；繞過(guò)避雷線擊于導(dǎo)線，即繞擊雷；雷擊于避雷線檔距中央。

雷擊避雷線的檔距中間且與導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)引起跳閘的情況是極其罕見(jiàn)的，因此，直擊雷防護(hù)主要是反擊過(guò)電壓和繞擊過(guò)電壓的防護(hù)。

不同電壓等級(jí)輸電線路雷擊跳閘的主要原因不同。110 kV線路主要是反擊雷；220 kV和330 kV線路，繞擊雷和反擊雷都是主要原因；500 kV及以上超、特高壓線路，繞擊雷占絕大多數(shù)。

2 防雷擊故障措施及實(shí)踐

2.1 雷擊閃絡(luò)的對(duì)策與措施

2.1.1 減小避雷線保護(hù)角

減小避雷線保護(hù)角是用適當(dāng)?shù)姆椒p小避雷線的保護(hù)角，從而提高避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽性能，減小導(dǎo)線受繞擊雷的概率，進(jìn)而有效降低輸電線路繞擊跳閘率。

減小避雷線保護(hù)角的方法有以下幾種：

1)保持避雷線和導(dǎo)線的高度不變，減小它們的水平側(cè)向距離，使保護(hù)角減小。

2)保持避雷線高度不變(即保持桿塔結(jié)構(gòu)高度不變)，通過(guò)增加絕緣子的片數(shù)，降低導(dǎo)線掛線點(diǎn)高度來(lái)減小保護(hù)角，同時(shí)也增加了絕緣子串的長(zhǎng)度，提高了絕緣子串的耐受電壓。

3)保持導(dǎo)線高度不變，通過(guò)增加避雷線的高度(即增加桿塔結(jié)構(gòu)高度)來(lái)減小保護(hù)角。

減小保護(hù)角是公認(rèn)的降低輸電線路繞擊跳閘率的最直接有效的措施。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也表明，小保護(hù)角的輸電線路繞擊跳閘率要低一些，很多架空輸電線路上采用了負(fù)的保護(hù)角技術(shù)。目前，減小避雷線保護(hù)角這項(xiàng)技術(shù)也正在被多個(gè)線路運(yùn)行單位應(yīng)用于老線路防雷改造和新建線路防雷設(shè)計(jì)中。

2.1.2 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻技術(shù)通過(guò)降低桿塔的沖擊電阻來(lái)提高輸電線路反擊耐雷水平。

對(duì)于平原地區(qū)，特別是土壤電阻率較低的區(qū)域，按照常規(guī)的設(shè)計(jì)，接地電阻值即能達(dá)到要求，而在山區(qū)、土壤電阻率高的地區(qū)，如何有效地降低接地裝置的接地電阻值，如何用較少的投資獲得較好的降阻效果，目前仍然是電力系統(tǒng)中廣大技術(shù)人員面對(duì)的主要技術(shù)難題。

在日本，一些地區(qū)采用了增加放射線與埋設(shè)垂直接地體結(jié)合的方法，但由于施工條件的限制，應(yīng)用區(qū)域有限。目前，國(guó)內(nèi)普遍采用增加接地放射線長(zhǎng)度的辦法。除采用常規(guī)降阻方法外，也積極做了一些新方法的探索，如增加放射線面積、增加垂直接地體、合理使用降阻劑和降阻模塊、爆破接地等。

國(guó)內(nèi)多條線路都是通過(guò)降低桿塔的沖擊接地電阻來(lái)降低線路的反擊跳閘率。

通過(guò)降低桿塔接地電阻來(lái)降低線路反擊跳閘有明顯的效果，對(duì)220 kV及以下電壓等級(jí)的輸電線路尤其如此。在輸電工程中，桿塔接地電極的造價(jià)在總造價(jià)中所占的比例很低，不到1%，通過(guò)改善接地電阻來(lái)提高線路耐雷水平的成本并不高。

2.1.3 線路避雷器

線路避雷器技術(shù)是通過(guò)在線路上安裝線路避雷器裝置，將其與線路絕緣子串并聯(lián)，提高安裝處線路的繞擊和反擊耐雷水平，并有效保護(hù)絕緣子不閃絡(luò)，從而降低雷擊跳閘率的一種防雷技術(shù)。線路避雷器因其結(jié)構(gòu)不同，分為帶串聯(lián)間隙型線路避雷器和無(wú)間隙型線路避雷器兩種。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)、日本先后成功地將線路避雷器在各電壓等級(jí)線路上使用。1980年美國(guó)AEP和GE公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)線路防雷用避雷器。

線路避雷器可以同時(shí)提高安裝處線路段的繞擊和反擊耐雷水平，降低安裝處桿塔的雷擊跳閘率，從而減少線路的非計(jì)劃停電，提高供電可靠性。

國(guó)內(nèi)應(yīng)用線路避雷器降低整條輸電線路雷擊跳閘率的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和典型案例表明，合理配置避雷器的位置和數(shù)量對(duì)于降低110 kV和220 kV輸電線路的雷擊跳閘率有較為明顯的效果。

相比于其他的防雷措施，線路避雷器保護(hù)原理優(yōu)越，運(yùn)行效果明顯。但是由于其保護(hù)范圍小，通常只能保護(hù)該桿塔兩側(cè)的一個(gè)檔距。若在線路上安裝數(shù)量較多的線路避雷器，其價(jià)格較高，經(jīng)濟(jì)性差。因此，要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，經(jīng)濟(jì)、合理、有效地安裝線路避雷器。

線路避雷器技術(shù)的目標(biāo)是提高其保護(hù)范圍內(nèi)線路的繞擊和反擊耐雷水平，從而降低該線路段的雷擊跳閘事故率，從而減少線路的非計(jì)劃停電時(shí)間，提高供電可靠性。

2.1.4 架設(shè)耦合地線

架設(shè)耦合地線是在降低桿塔接地電阻有困難的時(shí)候，在導(dǎo)線下方增設(shè)一條接地線，以提高線路的反擊耐雷水平，降低反擊跳閘率的防雷技術(shù)，一般應(yīng)用在接地電阻較高的線路。

根據(jù)架設(shè)的位置不同，架設(shè)耦合地線技術(shù)分為兩類，即直掛式耦合地線和側(cè)面耦合地線。一般把直接增設(shè)在線路導(dǎo)線下方的稱為直掛式耦合地線，平行架設(shè)在線路兩側(cè)(或一側(cè))的稱為側(cè)面耦合地線。

架設(shè)在線路兩側(cè)的耦合地線即側(cè)面耦合地線，位于導(dǎo)線兩側(cè)，有效地增加了地線的屏蔽作用，對(duì)線路防繞擊雷有較好的作用。

目前，在國(guó)內(nèi)外都有架設(shè)耦合地線降低輸電線路雷擊跳閘率的技術(shù)。

2.1.5 并聯(lián)間隙

輸電線路并聯(lián)間隙技術(shù)是在絕緣子串兩端并聯(lián)一對(duì)金屬電極構(gòu)成間隙，使雷擊線路時(shí)閃絡(luò)發(fā)生在該間隙處，從而保護(hù)絕緣子串免受電弧灼傷的一種輸電線路防雷技術(shù)。

在今后的輸電線路防雷工作中，應(yīng)加快推廣輸電線路并聯(lián)間隙技術(shù)，并修改和制定相關(guān)的運(yùn)行管理規(guī)定。

2.1.6 加裝各種型式的避雷針

加裝避雷針技術(shù)是一種利用避雷針較強(qiáng)的引雷能力，減小導(dǎo)線遭受雷擊的概率，降低線路繞擊跳閘率的防雷技術(shù)，目前主要有加裝避雷線水平側(cè)針、可控放電避雷針等。

2.1.7 電網(wǎng)雷害圖

電網(wǎng)雷害圖是指將危害電網(wǎng)的雷電按照危害程度進(jìn)行劃分得出的分布圖，該分布不同于雷電日劃分的雷區(qū)分布或用地閃密度表示的雷電分布，而是按電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)類型給出的電網(wǎng)繞擊或反擊雷害的分級(jí)與分布，該措施作為一種電網(wǎng)防雷評(píng)估手段，具有重要的指導(dǎo)意義。

科學(xué)的電網(wǎng)雷害圖技術(shù)是提高當(dāng)前雷電防護(hù)措施針對(duì)性、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)差異化防雷、提高防雷技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和有效性的重要手段，也是當(dāng)前雷電防護(hù)工程領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。電網(wǎng)雷害圖技術(shù)應(yīng)推廣應(yīng)用。

2.2 綜合防雷擊閃絡(luò)的治理措施

在設(shè)計(jì)階段宜考慮地形地貌影響，在運(yùn)行階段結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)專項(xiàng)治理，加大防雷新技術(shù)研究與應(yīng)用推廣。

雷電是自然界的一種復(fù)雜自然現(xiàn)象，對(duì)其機(jī)理與特性仍未充分認(rèn)知，相關(guān)防范措施仍有待進(jìn)一步創(chuàng)新。因此，加大防雷新技術(shù)研究與應(yīng)用推廣仍是必要的。例如：開(kāi)展直流線路避雷器應(yīng)用研究，針對(duì)山頂及邊坡對(duì)架空地線保護(hù)角運(yùn)行及相關(guān)防雷措施研究，利用相間間隔棒減小保護(hù)角的研究，接地裝置測(cè)試與改造研究，線路避雷器等新型輔助防雷設(shè)施的安裝與運(yùn)行維護(hù)管理研究，開(kāi)展兼具防冰防雷功能的桿塔塔型研究等。

2.3 防雷綜合治理實(shí)踐

選取220 kV某線作為研究對(duì)象。

2.3.1 歷年跳閘統(tǒng)計(jì)情況

220 kV某線2004年9月投運(yùn)，總長(zhǎng)161 422 km，桿塔437基。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在2006—2010年5年內(nèi)總計(jì)雷擊跳閘13次，占總跳閘次數(shù)的23%。

2.3.2 雷害風(fēng)險(xiǎn)分析

地形影響明顯。該線所經(jīng)過(guò)區(qū)域地勢(shì)較為復(fù)雜，多為山區(qū)、丘陵等。

山區(qū)檔距大。在該線近5年的13次雷擊跳閘故障中，有12次故障的桿塔檔距在550 m以上。

地形保護(hù)角較大。在該線5年的13次雷擊跳閘故障中，防雷保護(hù)角最小值為11°56′28″，最大值達(dá)18°33′22″。

沿線雷電活動(dòng)頻繁。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該線輸電走廊所經(jīng)過(guò)的地區(qū)實(shí)際落雷天數(shù)最高達(dá)126 d左右。2010年該地區(qū)落雷密度達(dá)4 162個(gè)/km2。

2.3.3 防雷綜合治理

通過(guò)對(duì)該線沿線雷電統(tǒng)計(jì)分析，按照地閃密度、落雷數(shù)排序，結(jié)合影響雷擊跳閘的線路特征、地形地貌等因素，對(duì)該線采取以下措施進(jìn)行綜合治理。

加裝線路避雷器：加裝線路避雷器桿塔39基，避雷器安裝總數(shù)78支；增加絕緣子片數(shù)。接地裝置的改造：桿塔接地裝置改造總數(shù)45基，改造電阻值為10Ω以下。

2.3.4 防雷治理效果

220 kV某線經(jīng)過(guò)治理后經(jīng)歷多次雷雨過(guò)程未發(fā)生雷擊跳閘故障。2012年線路走廊內(nèi)的地閃密度為3.05次/km2，是該省平均值(2.28次/km2)的1.34倍，雷電日為39.7 d。該線路以往每年雷擊跳閘3～4次，而治理后未再發(fā)生雷擊跳閘故障。

3 輸電線路雷擊故障預(yù)防措施

每年3月底前應(yīng)完成防雷檢查及缺陷處理。

重點(diǎn)檢查有無(wú)去年甩掉而未投入運(yùn)行的避雷器，避雷器引線及接地裝置連接是否完好，新架設(shè)線路及臨時(shí)用電設(shè)備拆除的線路末端有無(wú)防雷空白點(diǎn)，中壓架空絕緣線路安裝放電鉗位絕緣子或防雷放電線夾是否齊全，防雷接地電阻是否合格等，多雷區(qū)的防雷改進(jìn)措施是否落實(shí)。

雷雨季節(jié)后做好防雷總結(jié)，以指導(dǎo)防雷工作。

認(rèn)真查閱氣象資料，在規(guī)劃設(shè)計(jì)前期盡量避開(kāi)雷電活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域，合理選擇線路走向。

根據(jù)線路的自身特點(diǎn)和環(huán)境因素，有針對(duì)性地開(kāi)展差異化防雷改造。

積極采用新的防雷裝置，為輸電線路的綜合防雷工作積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

認(rèn)真搜集微地區(qū)、微氣象資料，在規(guī)劃設(shè)計(jì)前期盡量避免雷電活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域。

提高輸電線路架空地線的分流能力，以減少因過(guò)電流發(fā)生斷線故障。

[1] 盧明.輸電線路運(yùn)行典型故障分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[2] 曾昭桂.輸配電線路運(yùn)行和檢修[M].4版.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[3] 寧歧.架空配電線路及設(shè)備典型故障[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[4] 張逸群，李海星.輸電線路典型故障案例分析及預(yù)防[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

Lightning protection measures and methods of transmission line

Chen Changduo，Zheng Jianxin

(Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，Henan，P.R.China)

The transmission line is an important part of power system. Because of its exposure to the field, the long-term effect of the external bad environment, easily struck by lightning, affecting the safety of power supply, large area blackout accident caused serious will. Therefore, take effective line lightning protection measures, is very important to ensure the safety of transmission lines and stable economic operation. Analysis of the measures of lightning protection of transmission line.

transmission line; lightning protection; lightning arrester; flashover

2016- 04-21

陳昌鐸，男，碩士研究生，主要從事機(jī)械和電氣相關(guān)研究。