輸電線路防雷分析與對策

朱亦勤

摘 要：文章首先對輸電線路防雷保護(hù)技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，然后分析了某個地區(qū)的防雷措施，然后論述了該地區(qū)防雷措施的選擇。

關(guān)鍵詞：輸電線路；防雷；措施

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從時間上看，輸電線路防雷保護(hù)技術(shù)有四個集中發(fā)展時期。1930年以前，由于線路電壓等級低，主要以防感應(yīng)雷為主，在導(dǎo)線下方掛2條避雷線，作為耦合地線使用；1930年至1950年，美國大量220kv架空線路建成投運(yùn)并積累了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和故障統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)由于電壓等級提升以及絕緣技術(shù)水平的提高，直擊雷故障成為主因，防雷措施研究逐漸轉(zhuǎn)移到以防直擊雷為主；1950年至1962年，有研究學(xué)者提出利用行波理論分析計(jì)算絕緣子串端電壓的方法，期間，美國OVEC-345kv線路的高雷擊閃絡(luò)率，引發(fā)對以往防雷保護(hù)計(jì)算方法和雷電流參數(shù)重新評估，大幅推進(jìn)了架空輸電線路防雷計(jì)算、現(xiàn)場勘測、模擬實(shí)驗(yàn)等理論實(shí)踐研究應(yīng)用；1962年至今，是模擬實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場勘測、統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法和微機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用的階段。

從技術(shù)上看，針對線路雷害事故形成的主要四個階段，相應(yīng)有四類技術(shù)。（1）防直擊技術(shù)，即防止導(dǎo)線直接遭受雷擊，如架設(shè)避雷線、減少避雷線保護(hù)角、加裝避雷針等；（2）防閃絡(luò)技術(shù)，即防止輸電線路遭受雷擊后發(fā)生閃絡(luò)，如降低桿塔接地電阻、架設(shè)耦合地線、安裝線路避雷器等；（3）防建弧技術(shù)，即防止輸電線路發(fā)生閃絡(luò)后建立穩(wěn)定的工頻電弧；（4）防停電技術(shù)，即防止輸電線路雷擊跳閘后重合閘不成功造成電力中斷，如加裝并聯(lián)間隙等。

俄羅斯的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：110～220kv架空輸電線路雷擊跳閘以反擊為主；330kv架空輸電線路雷擊跳閘反擊和繞擊大致各占一半；550～750kv架空線路雷擊跳閘以繞擊為主。因此，對輸電線路耐雷性能的分析主要包括反擊耐雷性能分析和繞擊耐雷性能分析。

2 某地區(qū)防雷措施分析

某地區(qū)輸電線路上經(jīng)常采用的主要防雷措施有：（1）減小線路保護(hù)角；（2）加強(qiáng)線路絕緣水平；（3）降低桿塔接地電阻；（4）架設(shè)耦合地線；（5）加裝并聯(lián)保護(hù)間隙；（6）安裝可控放電避雷針；（7）安裝線路氧化鋅避雷器。

2.1 減小線路保護(hù)角

對于新建線路，可以通過對桿塔的設(shè)計(jì)，尋求最為適合的保護(hù)角，相應(yīng)的會增加桿塔的投資費(fèi)用，桿塔承重和基礎(chǔ)應(yīng)力的要求也會相應(yīng)提高。我國規(guī)程規(guī)定，對于避雷線保護(hù)角，一般采用15°至20°。對于已建成或老舊線路，改變線路保護(hù)角的工程復(fù)雜，需要停電對桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)改造，施工周期長，投資高，工藝難，經(jīng)濟(jì)性不理想。

2.2 加強(qiáng)線路絕緣水平

通過更換新型絕緣字或增加絕緣子片數(shù)，用以提高絕緣子的U50%放電電壓，進(jìn)而提高線路的耐雷水平。我國規(guī)程規(guī)定：全高超過40米且有避雷線保護(hù)的輸電線路桿塔，每增高10米就應(yīng)增加一片絕緣子；全高超過100米的輸電線路桿塔，絕緣子數(shù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)通過計(jì)算確定。對采用不平衡絕緣方式配置的220kv及以下同塔多回線路，宜采用不平衡高絕緣措施降低線路的多回同時跳閘率，較高絕緣水平的一回宜比另一回高出15%。

2.3 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻和土壤電阻率直接決定了雷擊桿塔時塔頂電位，目前降低桿塔接地電阻或土壤電阻率能有效降低雷擊塔頂電位，提升線路耐雷水平，有效地防止反風(fēng)險。實(shí)際工程實(shí)踐中，通過改善接地電阻來提升線路耐雷水平的成本相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，桿塔接地電極的造價在工程總造價中比例不到1%。降低桿塔接地電阻的主要措施有：增加射線長度、加裝垂直接地體、加裝接地模塊或采用降阻劑等。我國規(guī)程規(guī)定桿塔的工頻接地電阻一般為10至30Ω。重要同塔多回線路桿塔工頻接地電阻宜降到10Ω以下；一般同塔多回線路桿塔宜降到12Ω以下。目前，已經(jīng)嚴(yán)禁使用化學(xué)降阻劑或含化學(xué)成份的接地模塊進(jìn)行接地改造。

2.4 架設(shè)耦合地線

架設(shè)耦合地線是一種有效的防繞擊措施，按架設(shè)的位置不同分為兩類，把直接增設(shè)在線路導(dǎo)線下方的稱為直掛式，把架設(shè)在線路兩側(cè)（或一側(cè)）的稱為側(cè)面式。耦合地線可增加導(dǎo)線和地線之間的耦合作用，同時具有分流作用。在滿足桿塔機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)線對地距離情況下，可根據(jù)地形地貌采用架設(shè)耦合地線技術(shù)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架設(shè)耦合地線是降低線路雷擊跳閘率的重要措施。但是架設(shè)耦合地線施工困難，地形條件限制十分明顯，又不可避免的增加線路運(yùn)行電能損耗，還有可能需要砍伐線路走廊樹木，使得線路運(yùn)行維護(hù)的工作量和難度會增大。實(shí)際應(yīng)用中，考慮耦合地線被盜嚴(yán)重應(yīng)慎重選用；對于已架設(shè)耦合地線的線路則應(yīng)加強(qiáng)巡視和維護(hù)。

2.5 加裝并聯(lián)保護(hù)間隙

在絕緣子串兩端并聯(lián)一對金屬電極，構(gòu)成保護(hù)間隙，通常保護(hù)間隙的長度小于絕緣子串的串長。架空線路遭受雷擊時，因保護(hù)間隙的雷電沖擊電壓低于絕緣子串的放電電壓，故保護(hù)間隙先放電，持續(xù)的工頻電弧被引至電極端頭，最終借助電動力沿電極端頭吹開及消散，保護(hù)絕緣子不受損壞。優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)了絕緣子，減少絕緣子的更換工作量，且保護(hù)間隙結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉。缺點(diǎn)是對于現(xiàn)有線路，安裝并聯(lián)間隙會短接部分絕緣子，從而造成線路絕緣水平降低，反而導(dǎo)致雷擊跳閘率有一定升高。若為保持安裝并聯(lián)保護(hù)間隙后絕緣水平不變，則又需要增加絕緣子串長度，線路成本增大。在雷擊跳閘率較高的情況下，或者是重要線路的情況下，不宜安裝并聯(lián)間隙。

2.6 安裝可控放電避雷針

相對于傳統(tǒng)的避雷針來講，可控放電避雷針不等雷電場強(qiáng)增加到一定的程度就能夠提前放電，保護(hù)半徑更大，降低了每次接閃時的雷電流脈沖強(qiáng)度，減少了雷電感應(yīng)引起的二次效應(yīng)，更為安全。經(jīng)過于塔頭安裝了可控的放電避雷針，可以有效的提高桿塔引雷的能力，增強(qiáng)桿塔對于其附近的導(dǎo)線雷電屏蔽的能力，從而降低了雷電繞擊導(dǎo)線概率，減小繞擊的跳閘率，同時因?yàn)槟軌虬l(fā)生繞擊雷電流一般比較小，接地的電阻值控制于允許的范圍之內(nèi)時被吸引到桿塔也不會發(fā)生反擊閃絡(luò)，也不增加反擊的跳閘率。合理安裝方式與安裝方法對于可控放電避雷針防護(hù)的效果很關(guān)鍵，220kv及以上線路安裝塔頂避雷針的桿塔應(yīng)嚴(yán)格控制考慮季節(jié)系數(shù)修正后的桿塔工頻接地電阻不大于15Ω。

2.7 安裝線路氧化鋅避雷器

將線路避雷器與絕緣子串并聯(lián)安裝，當(dāng)雷電繞擊線路或雷擊桿塔時，絕緣子兩端產(chǎn)生的過電壓超過避雷器動作電壓，避雷器動作，雷電流經(jīng)避雷器泄放后，流過避雷器的工頻電流僅為毫安極，工頻電弧在第一次過零時熄滅。近年來，隨著金屬氧化物避雷器的技術(shù)的成熟，以及制作成本的降低，在輸電線路運(yùn)用避雷器維護(hù)現(xiàn)已逐步被人們認(rèn)同，開始了廣泛的實(shí)踐。220kv輸電線路采用避雷器維護(hù)后，可使桿塔的耐雷水平提高到200至300kA，耐雷水平大幅度提高，基本上很少發(fā)生閃絡(luò)。如果全線應(yīng)用避雷器，則雷擊閃絡(luò)故障率可降到很低，這是避雷器維護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)已運(yùn)行的220kv輸電線路上的易擊段、易擊點(diǎn)安裝線路避雷器，由于線路避雷器可以同時防止繞擊和反擊，并對桿塔接地電阻需求不高，從實(shí)際運(yùn)行的效果來看，效果也非常明顯，可以較大地提高線路的耐雷水平，降低線路的雷擊跳閘率，從而減少線路的非計(jì)劃停電時間，提高供電可靠性。

3 某地區(qū)防雷措施選擇

輸電線路防雷措施選擇的目的，就是要提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率。影響雷擊跳閘的主要因素有地閃密度、雷電流幅值、地形地貌、地面傾角、線路保護(hù)角、線路絕緣水平、桿塔高度、桿塔接地電阻等。針對以上主要影響因素，有針對性地采取改造措施，可以明顯地減少上述影響因素的影響，最終取得有效的對線路的防雷保護(hù)效果。以上防雷措施都有較強(qiáng)的針對性，限制條件、優(yōu)缺點(diǎn)也相對明顯，通常要相互結(jié)合綜合選擇使用。

從某地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐看，降低桿塔接地電阻是技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的措施，已作為防雷措施的首選；對新建桿塔一般全部要求裝設(shè)避雷線，但老舊線路從設(shè)計(jì)上無法進(jìn)行改造；按照差異化防雷策略，有重點(diǎn)、有選擇性的在部分桿塔上安裝避雷器，但后期運(yùn)行維護(hù)工作量較大；并聯(lián)保護(hù)間隙防雷穩(wěn)定性較差，存在間隙不動作而損壞絕緣子的情況；對安裝在避雷線上的避雷側(cè)針，因長期振動常與避雷線摩擦引發(fā)斷線事故，某地區(qū)電網(wǎng)正逐步拆除這種類型的避雷針。

4 結(jié)束語

輸電線路防雷工作是一項(xiàng)技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性緊密結(jié)合的工作，應(yīng)充分考慮輸電線路時間與空間的差異，綜合雷電活動、線路結(jié)構(gòu)、地形地貌等各種因素及特征，開展雷擊風(fēng)險評估，制定針對性的、差異化的綜合防雷措施以及治理方案。

參考文獻(xiàn)

[1]朱蕓，王劍，潘勁東等.輸電線路防雷性能評價和綜合優(yōu)化的研究[J].華北電力技術(shù)，2008（2）：18-20.

[2]宮杰.輸電線路防雷研究與設(shè)計(jì)[D].某地區(qū)：華北電力大學(xué)，2008.

[3]谷山強(qiáng)，陳家宏，陳維江，等.輸電線路防雷性能時空差異化評估方法[J].高電壓技術(shù)，2009，35（2）：294-298.

[4]GB/T21714.1-2008雷電防護(hù)，第1部分：總則[S].2008.

[5]GB/T21714.4-2008雷電防護(hù)，第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)[S].2008.