超高压输电线路防雷分析

超高压输电线路防雷分析

杨苏和

内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古超高压供电局输电管理二处

内蒙古自治区呼和浩特市 010000

摘要：随着气候恶化，电网雷害事故越来越严重，运行经验表明，输电线路的雷击跳闸率大都由绕击引起，而且在山地、丘陵和一些特殊地区更加严重，尽管在架空线铺设之初就在输电线路的上部设置了架空地线用来防雷，但输电线路雷击还时有发生。减少雷击跳闹率尤其是绕击跳闸率是提高输电可靠性的重点环节，对提高我国电网运行可靠性，为国民经济和社会发展提供坚强动力有着十分重大的意义。
  关键词：超高压输电线路；雷电；绕击；防雷
  随着电网容量的增长和输电线路电压等级的提高，对超高压输电线路的运行可靠性提出了越来越高的要求。运行经验的不断丰富及设计水平的进步使得输电线路的操作过电压己被限制在较低的水平，极少发生因操作过电压而导致线路闪络的故障。此外，污闪治理工作的大幅推进使得线路的交流耐压水平稳步提升。因此，输电线路雷害问题逐渐成为影响线路运行安全的主要原因之一。

一、雷击所带来的危害
  超高压输电线路输电线路顾名思义，电压特别高，所以在雷击后容易使超高压线断裂，断裂的高压线会铺在地面上，当人们不注意的时候接触就会造成跨步电压触电，因为电压特别高，极易对人的生命产生威胁，使人因触电而造成死亡。超高压输电线路在遭受雷击后，容易产生电路短路，有火花甚至产生明火，因为超高压输电线路中很多都是森林，尤其是在农村地区，短路会引发森林大火，给人们带来极大的灾难，造成巨大的财产损失，严重时会给整个社会带来极大的威胁。

二、 超高压输电线路发生雷电绕击的原因
  造成500k V超高压输电线路跳闸故障的主要原因就是雷击。雷击包括很多种类型，其中主要的雷击类型是直击雷、感应雷、反击雷、绕击雷等。不同的雷击所造成的威胁是不一样的。直击雷相对来说是发生概率最小的但也是危害最大的；由于反击雷的影响，输电杆塔电位将会升高，如果杆塔电位和导线上感应过电压之间的电位差大于绝缘闪络的临界值，那么将会发生我们所说的闪络现象；当绕击雷发生时就会造成输电导线电位的升高，破坏导线的绝缘性能。
  影响输电线路耐雷水平的因素主要有：雷电波入射角、保护角、地面倾角、杆塔高度、击距系数、风速、工作电压、档距、分析击距公式的选择、绝缘配置方式等。本研究在考虑以上因素的基础上，考虑输电线路系统运行方式及要求，具体线路路径经过地区的雷电活动数据、路径的地形地貌特点、山区土壤电阻率的高低等自然条件，最后参考当地原有线路的运行经验，进行技术经济比较，确定比较合理的保护措施。
  如果能够确定某个杆塔的雷电事故是由雷电绕击引起的，则只在雷电绕击的相导线上安装避雷器就能确保在保护范围内不会出现线路的雷击闪络事故。
  对于山坡上的杆塔，一般是外侧线路容易绕击，则只在外侧相导线上安装线路避雷器。对于山顶或平地区域的线路杆塔，则绕击出现在边相，因此应在两侧安装线路避雷器。特别注意：如果基于防绕击目的的杆塔避雷线或杆塔遭受雷击，则没安装避雷器的相导线可能会发生闪络。避雷器不仅可以防止绕击，还能有效防止反击事故发生。线路安装避雷器后，可以大大提高线路耐雷水平。
在实际工作中，可根据雷击相别、雷电流大小并结合地形地貌确定雷击类型是反击还是绕击。区分绕击、反击的要素有雷电流、接地电阻、闪络基数和相数、塔身高度、地形特点、闪络相别以及绝缘子串上的闪络路径。

三、 预防雷击的主要措施
  3.1 减小避雷线的保护角
  根据公式得知，当输电线路的保护角减小的时候，输电线路的绕击率就会下降，线路就能有效的预防雷击，因此，仅凭公式可以得出：减小线路的保护角就能起到预防雷击的效果。但是，这种措施的可行性较差，没有考虑到线路的实际情况，已经建好的线路，已经很难改变其保护角，建在山区之中的杆塔，水平倾角相对要大，受杆塔顶部设计的限制，保护角一般不能改变，所以，减小线路的保护角不是一种好的预防措施。
  3.2 减小杆塔接地的电阻
  超高压输电线路还有一种比较普遍的防雷措施，那就是减小杆塔的接地电阻。当杆塔的接地电阻降低时，杆塔顶部的电位就会减小，杆塔及线路的抗雷水平就会增加，因此能有效的避免雷击带来的危害。减小杆塔接地电阻的方法非常多，一般的采用水平外延接地体、填充低阻物质、加装导电装置等方法。由于本文的案例是解决绕击问题，因此，也不使用这种方法。
  3.3 安装保护间隙
  在遇到雷击时，保护间隙能够通过电弧闪络来保护绝缘子不受损坏，有效的减小雷击带来的危害，降低事故的可能性。但是，它也有一定的负作用，当安装上保护间隙时，一部分绝缘子就会出现短接的情况，最终使得线路的绝缘能力降低，遇雷击时的跳闸几率还会增大，因此这种措施也不适合。
  3.4 安装可控放电避雷针
  如果在杆塔的顶部安装可控放电避雷针，就能提高它的引雷能力，大大降低雷电绕击现象的发生，同时，雷电绕击的电流相对较小，把接地的电阻值控制在合理的范围内，不会产生反击闪络的现象，不会因为反击而跳闸。同时，要注意在安装可控放电避雷针时，一定要符合相关规定，这样它的防护能力才会达到最佳，杆塔的接地电阻要尽量的减小，必要时可以进行更换，保证可控放电避雷针达到最好的预防效果。    

3.5采用高度绝缘新材料加强绝缘
  为了能够有效的减少高杆塔区城发生雷击的现象,减少绕击的电流，最有效的措施就是加强绝缘。如果要想有效的减少跳闸的次数，就要增加绝缘子的数量,增加导线和地线之间的距离,这样就可以有效的达到目的。而对干高压同杆双回路而言,就可以通过增强其回路中的绝缘强度的方式来进行跳闸率的有效降低。采用高度绝缘新材料来制作超高压输电线，能够大大降低雷击的风险，

3.6 安装线路金属氧化物避雷器
  在超高压输电线路上加装金属氧化物避雷器，能够有效地降低雷电绕击的发生概率，增加线路的稳定性。它的工作原理是：当线路避雷器与绝缘子连在一起后，雷电绕击的线路或雷击杆塔上的电压超过避雷器的动作电压时，避雷器就能产生反应，利用电阻片的非线性伏安特性，让避雷器的残压低于线路绝缘子串的闪络电压；雷电的电流经过释放后，避雷器会把工频续流及时截断，线路不会因此跳闸，输电线路进而恢复正常。在雷电频繁的地区，或者土壤导电能力差的地方，这种方法能够极大的提高防雷的水平，增强线路的稳定性。
  

四、总结
  雷电绕击是超高压输电过程中常遇到的问题，因此，预防雷电绕击是超高压输电线路的防雷重点。本文以500kV金换甲线为例，阐述输电线路故障的情况，分析产生故障的主要因素，最终认定防止雷电绕击是避免故障的有效途径。本文着重阐述了五种超高压线路防雷措施，分析了这五种措施的优点和缺点，然后，根据超高压输电线路的实际情况，认为安装输电线路避雷器和可控放电避雷针是最为有效的措施，它是属于综合防雷措施的范畴，在实际工作中也有广泛的应用，且效果显著。
  

参考文献：
  [1]王清.500kV架空输电线路防雷技术探讨[J].信息记录材料,2017 (10).

[2]黄海. 输电线路防雷接地措施的重要性及其维护研究[J]. 科学与信息化, 2019, (2):114-115.

[3]连晓新.架空输电线路差异化防雷技术研究[D].华北电力大学，2017.