高电压输电线路的雷电防护

高电压输电线路的雷电防护

汪硕

（国网保定供电公司河北省保定市071000）

摘要：我国地处温带，雷电活动比较频繁且强烈，而高压输电线路要跨越不同地理环境和气象条件的很多区域，其遭受雷击的几率较高。电网技术高速发展的今天，高压输电线路的雷电防护已经成为影响电力安全运行的重要因素，因此需要采取综合防护的措施，才能将雷击灾害降至最低。

关键词：高压输电线路；雷击；雷电防护

引言：

随着国民经济的迅速发展，各行各业对电能的需求与日俱增，虽然发电形式有风力发电、水力发电、火力发电和太阳能发电等多种形式，但是无论采取何种形式发电，都需要通过高压输电将电能输送出去。目前我国高压输电线路的分布非常广泛，其途经的地域复杂且差异较大，导致高压输电线路在某些地区非常容易受到雷电袭击，引发停电事故而影响到人们的生活和生命，因此探讨如何提高高压输电线路的耐雷水平就显得非常重要。

1、高压输电线路遭受雷击的原因

导致高压输电线路遭受雷击的原因比较复杂，但可以归纳为以下几点：（1）高压输电线路比较密集。以东莞为例，在2465平方公里的面积内却有3115.29公里共442回线路，如此大的线路密度，极大地增加了高压输电线路被击中的机率；（2）雷电活动的复杂性、随机性和频发性。目前对雷电的观测技术还存在较大的局限性，线路遭受雷击的技术参数根本无法准确测量和捕捉，甚至对每次线路遭受雷击故障的闪络类型都很难准确区分；（3）高压输电线路自身设计的缺陷。早期建设的高压输电线路防雷水平较低，且因为防污的需要，合成绝缘子大规模应用于高压输电线路，但合成绝缘子伞裙直径小，有效干弧距离比同高度的瓷或玻璃绝缘子串短，耐雷水平相对较低，容易增加雷击放电机率。

2.高压输电线路防雷原则及方式

对于高压输电线路防雷工作而言，其主要是及时采取有效的措施将自然灾害（雷击）降到最低，以保证安全供电和供电质量。

2.1避免导线遭受雷击

我国目前采用避雷线进行避雷是被长期工程实践证实的效果较好的防雷措施，也是我国在铺设高压输电线路时的首选方法。但是因为某些区域受地理条件的限制，或是接地电阻难以降下来而导致雷击跳闸情况偏多时，为保证输电线路运行安全也可使用可控放电避雷针，同时在底线上安装侧向避雷针。因此为保证导线不受或少受雷电直击，可采用避雷线、消雷器、可控放电避雷针、侧向避雷针。

2.2避免因冲击闪络而变为稳定性电弧放电

实践中我们可以看到，只要不产生工频短路电弧，线路跳闸现象就很少产生。基于此，应当有效降低工频电场的自身强度。在采用该种方法过程中，一定要谨慎操作，这主要是因为中性点接地方式一旦发生改变，系统运行方式、参数等也随之发生改变，甚至会产生非常严重的后果。

2.3跳闸后也不中断电力供应

具体操作过程中，为有效提高输电线路自身的运行质量，建议利用双回线或者自动重合闸等供电方式，这样可以有效提高输电线路和电网的运行效率，即便出现跳闸现象，也不会中断电力的供应，或影响电力供应质量。

3.高压输电线路的防雷保护措施

3.1衡量防雷保护性能优劣的2个指标

线路雷击跳闸率和线路的耐雷水平是衡量高压输电线路防雷性能优劣的2个重要指标。雷击跳闸率是假定在每年40个雷电日的情况下，每百公里线路每年因雷害而可能跳闸的次数。雷电对线路放电引起绝缘子闪络时的雷电流临界值称为线路的耐雷水平。

高压输电线路的耐雷水平越高，雷击跳闸率就会越低，线路的防雷水平也越好。所以如何提高线路的耐雷水平、降低雷击跳闸率是高压输电线路防雷保护的2个重要方面。

3.2现有的高压输电线路防雷保护措施

（1）架设避雷线并减小避雷线对导线的保护角。架设避雷线是高压输电线路防雷保护的最基本措施。其主要作用是防止雷电直击导线，同时还具有以下作用：1）分流作用，减小流经杆塔入地的电流，从而降低塔顶电位；2）通过对导线的耦合作用减小线路绝缘子的电压；3）对导线起屏蔽作用，可以降低导线上的感应过电压。

实践表明，输电线路电压等级越高，采用避雷线的效果就越好，避雷线在线路工程总投资中所占的比重也就越低。因此，我国现行规程规定220kV及以上电压等级的输电线路应沿全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。

（2）安装线路避雷器。即使在全线架设避雷线，也不能完全排除雷击时导线上出现过电压的可能性。加装线路避雷器后，当高压输电线路遭受雷击时，雷电流一部分将从避雷线传入相邻杆塔，另一部分经杆塔入地。当雷电流超过一定阀值，避雷器动作加入分流，大部分雷屯流将通过避雷器流入导线，传至相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线问的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。由于经由避雷器和导线分流的雷电流远大于经由避雷线分流的雷电流，这种耦合作用将拉高导线电位，使导线和杆（塔）顶之间的电位差小于绝缘子串50%的放电电压，绝缘子不会发生闪络。

（3）投入自动重合闸装置。在高压输电网实际运行过程中，雷击电流大，超过线路防御范围，输电线路遭受雷击跳闸就不可避免，应对其进行控制。由于高压输电线路绝缘具有自恢复性能，绝大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后都能自行消除。因此，在高压输电线路上投入自动重合闸装置能对线路雷击事故率进行有效控制。

（4）降低输电线路杆塔接地电阻。高压输电线路杆塔遭受雷击时，杆（塔）顶电位与杆塔接地电阻和土壤电阻率密切相关。若杆塔接地电阻过大，则雷击时易使杆（塔）顶电位升高，对线路产生反击；若接地电阻满足要求，则雷击时绝大部分雷电流将沿杆塔入地，不会破坏线路绝缘，保证了线路的安全运行。因此，降低杆塔接地电阻或上壤电阻率是提高线路耐雷水平，防止反击的最基本最有效的措施。

高压输电线路应尽量避开一些土壤电阻率较高的高山、岩石等地区，若因条件限制，必须穿越这些地区时，则应跳出原有设计参数的束缚，采用强化降阻手段。如增加埋设深度、延长接地极的使用或增加垂直接地极。对于运行中的线路需要根据相应的规程要求，每年对全线杆塔基础接地电测量一次，将结果与历史数据进行对比分析，对接地电阻超规或接地电阻上升较快的杆塔，应采取加降阻剂、挖深接地坑道改善接地上壤电阻率的办法将接地电阻降低到规程规定的范围内。

（5）架设耦合地线。在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方（或附近）再架设一条地线。耦合地线一方面可以加强避雷线与导线间的耦合，从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压分量；一方面可以增加杆塔遭受雷击时向相邻杆塔分流的雷电流。高压输电网的实际运行经验表明，耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其对山区的输电线路效果更为明显。

（6）加强线路绝缘水平。高杆塔遭受雷击时，由于杆（塔）顶电位高，感应过电压大，因此受绕击的概率也较大。在高海拔地区和雷电活动强烈地段，也存在这样的情况。为提高线路绝缘，降低线路跳闸率，对高杆塔、大跨越和遭受雷击频繁的杆塔常采用增加绝缘子片数或更换成合成绝缘子的方法来增强绝缘水平。

在确定高压输电线路的雷电防护对策时，要对高压输电线路的重要程度、线路所经过地区的雷电活动强弱、系统运行方式、土壤电阻率和地形地貌等进行考虑，再结合技术经济比较，采取合理可行的雷电防护对策。

参考文献：

[1]程学启，杨春雷，咸日常.线路避雷器在输电线路防雷中的应用[J].中国电力，1999（8）.

[2]梁华贵，陈徽.高压输电线路防雷措施探析[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16（3）.

[3]夏春，刘欢，曾元耀.高压输电线路防雷的探讨[J].中国新技术新产品，2011（4）.