关于架空输电线路的防雷技术探讨

关于架空输电线路的防雷技术探讨

郑春杰孙国强宗会明

郑春杰孙国强宗会明

(河南第二火电建设公司)

摘要：架空输电线路和雷击跳闸一直是困扰安全供电的一个难题，寻求更有效的线路防雷保护措施，一直是电力工作者关注的课题。本文对高压输电线路防雷技术进行系统、全面地研究，通过对雷击线路的危害的分析讨论，并结合多年运行实践经验提出各种改善线路防雷电的措施。

关键词：架空输电线路；防雷技术

1架空输电线路防雷概述

架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。通常所称的输电线路就是指架空输电线路。通过架空线路将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来，输送或交换电能，构成各种电压等级的电力网络或配电网。线路长度有时达数百公里或更多，所以引起输电线路故障跳闸的原因就很多，其中因雷击引起的跳闸次数位居所有跳闸原因之首。因此，如何切实有效地制定及改善架空输电线路的防雷措施，从而降低线路雷击跳闸率，是保证电力系统安全稳定运行的必要条件。

2架空线路雷击跳闸分析

2.1雷电直击、绕击、反击

直击（雷直击铁塔顶部、雷直击避雷线中央）和反击（过高的接地电阻，造成塔顶电位大幅度上升）现象大体相同，其耐雷水平在规程中也是做统一规定，由于篇幅有限，在这我们把它们列入一起进行阐述，而绕击现象与直击和反击不同，它也是引起高压送电线路跳闸的主要原因，也是我们今后防雷工作的重点。

雷电直击、反击跳闸一般雷电流较大，如500kV典型铁塔反击耐雷水平可达125kA～175kA，雷电反击一般有下列特征：a.多相故障一般是由直击引起；b.水平排列的中相或上三角排列的上相故障一般是由雷电反击引起；c.档中导地线之间雷击放电（极为罕见的小概率事件）的，一般是雷电直击、反击引起；d.一次跳闸造成连续多级铁塔闪络的，有可能是雷电直击、反击引起。

雷电绕击导线引起绝缘闪络对应的雷电流幅值较小，如500kV线路绕击耐雷水平为22kA～24kA。理论分析和国内外实践经验表明超高压线路尤其是山区线路存在明显的绕击现象。雷电绕击故障一般有下列特征：a.雷电绕击一般只引起单相故障；b.导线上非线夹部位有烧融痕迹(有斑点或结瘤现象或导线雷击断股)的，一般是雷电绕击引起；c.水平排列的中相或上三角排列的上相导线一般不可能雷电绕击跳闸d.水平或上三角排列的边相或鼓形排列的中相有可能雷电绕击；e.雷电绕击电流与导线保护角和塔高度有关，当雷电流幅值较大时，绕击的可能性较小。

3）对于雷电反击故障，降低接地电阻、加强线路绝缘、加装耦合地线、安装线路避雷器比较有效，对于雷电绕击故障，减小避雷线保护角、安装线路避雷器、加装耦合地线比较有效。对于双回路或多回线路，差绝缘配置有一定效果。

3防雷电保护措施

针对500kV超高压输电线路，采取降低杆塔的接地电阻、调整架空地线保护角、安装架空地线防绕击避雷针、安装线路可控放电避雷针四个方面进行分析及措施。

3.1降低杆塔的接地电阻

降低杆塔接地电阻是最直接、最有效的防雷措施之一。接地电阻阻值的高低是影响杆（塔）顶电位高低的关键性因素。杆塔接地电阻如果过大，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（见表1），则雷电波侵入时，绝大多数雷电流将沿着杆塔导人大地，不致破坏线路绝缘，从而保证线路的安全运行。

3.2提高线路绝缘水平

在绝缘子的选型使用上，主要考虑到合成绝缘子检修维护和监测工作量极小，输电线路上普遍采用普通有机合成绝缘子。根据运行情况有的认为，合成绝缘子与瓷或玻璃绝缘子相比较，合成绝缘子的耐雷性能较差，但通过运行分析，合成绝缘子在防雷性能上存在着有利与不利两方面的因素。有利因素是有机合成绝缘子的雷击闪络大多可重合成功，这是因为有机合成绝缘子属不击穿结构，当放电在空气中发生时，不会对绝缘性能产生不可逆影响，属可恢复性绝缘；而瓷绝缘子在雷击放电时可能发生内击穿，严重时可能在强大的工频电弧电流作用下发生爆炸，这种情况属不可恢复性绝缘。其不利因素是由于合成绝缘子伞裙直径小，有效干弧距离较同高度的瓷或玻璃绝缘子串短，正常防雷水平有所下降。

对于多雷区或雷电活动特别强烈地区，使用普通型合成绝缘子，注重审核其雷电全波冲击耐受电压水平是否满足该区域的耐雷水平。其次是适当增加绝缘子高度，使合成绝缘子有足够的有效干弧距离以达到提高线路的耐雷水平，在满足风偏和导线弧垂对地距离的情况下，增加一片线路瓷绝缘子或使用加长型合成绝缘子。

3.3调整架空地线保护角

为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。

采取措施：雨季前，我们针对500kV输电线路，雷区频繁发生的区域分段进行了架空地线保护角间隙的调整。

3.4安装架空地线避雷针

通过在架空地线上合理装设防绕击避雷针，有效地增强其屏蔽性能和引雷作用，将可能遭受的绕击转化为反击加以控制，大幅度降低雷击故障跳闸率。研究表明，在架空地线上合理装设防绕击避雷针，可有效地增强其屏蔽性能和引雷作用，将可能遭受的绕击控制转化为反击，大幅度降低雷击故障跳闸率。

采取措施：我们在500kV架空输电线路雷电频繁发生的区域分段加装了架空地线防绕击避雷针（图1）。

3.5安装线路型避雷器

线路避雷器防雷的基本原理：加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临其它杆塔，一部分经本塔体入地，当雷电流超过一定数值后，避雷器动作加入分流。大部分雷电流从避雷器流入导线，传播到相临其它杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。

当输电线路采取降低杆塔接地电阻、架设避雷线、提高线路绝缘水平等各种综合防雷措施后，还仍不能减少雷击对输电线路安全运行的影响时，采用线路型避雷器能提高线路杆塔的耐雷水平，能有效地解决绕击雷对线路造成影响及高土壤电阻率的线路杆塔防雷问题。

以上几种防雷保护，只对中小雷电流有效，当出现特大雷电流依旧无能为力，为此35kV及以上线路基本都采用自动重合闸作为补救措施。运行经验表明，线路受雷击在电弧熄灭后，其电气强度一般都能瞬间恢复，因此采用自动重合闸时，有75％～80％的雷击跳闸事故都能重合成功并恢复供电，这对保证安全供电、提高供电可靠性发挥巨大作用。

4结语

雷击引起线路故障跳闸进行了原因分析，并从降低杆塔接地电阻、雨季前调节放电间隙、减小保护角、安装防绕击避雷针等方面提出了超高压输电线路防雷保护的对策，可有效地减少线路跳闸率，提高线路运行的可靠性。

参考文献

[1]周泽存,沈其工,方瑜等.高电压技术[M].北京:中国电力出版社,2004.

[2]左来明,张凌云.高压输电线路综合防雷技术研究[J].东北电力技术,2007.

[3]杨远.输电线路防雷击跳闸措施的研究.贵州省电机工程学会2007年优秀论文集,2008.