架空输电线路防雷研究

架空输电线路防雷研究

颜 森 1 王秀 2

1.国网滨州供电公司 山东省滨州市 256600 2.济南天下第一泉风景区服务中心 山东省济南市 250000

摘 要：在输电线路向超高压、特高压方向发展的行业背景下，输送容量随之增大，电力系统对供电可靠性要求也随之提升，输电线路的安全运行是基础；同时大量山区线路投运，同塔并架线路的大量架设，一方面降低了建设征地成本，另一方面也增加了输电线路雷击造成同塔双跳的风险。本文主要分析了架空输电线路防雷的基本原理，结合滨州近几年山区输电线路通道内雷电的活动，结合输电线路杆塔接地电阻、防雷保护角等因素，研究相应的防雷措施。

关键词：架空输电线路，雷击，同塔双跳，防雷措施

1 引言

为了有效减少滨州地区输电线路遭受雷击跳闸的影响，本文基于滨州地区高压输电线路运行实际情况，开展高压输电线路综合防雷设计的研究与应用，结合当地的气候气象条件，计算输电线路雷击跳闸相关参数，并提出相应防雷改造措施，做到高效性和经济性的平衡兼顾，有助于科学、全面的指导本地区输电线路防雷工作，并对今后新建线路的防雷设计实施起到一定的借鉴指导作用。

2 雷区雷电参数分析

根据目前已有的雷电定位系统，结合滨州供电公司输电管理处部分线路运行参数，对滨州电网的雷电日、雷电小时数进行统计分析，发现线路220kV衍铁线、220kV周铁线落雷密度较大。本文将典型同塔并架杆塔位于山区雷击高发区域作为研究对象。

离线路更近的雷击实际上会由于杆塔等较高物体对雷电有吸引作用，而使雷击多作用于线路杆塔。当这种情况发生时，雷电通道产生的电磁场变化率较大，从而使导线感应电磁场变化率也较大，导线上将产生与雷电流极性相反的过电压。

接地电阻值是杆塔建成后运行环境参数的重要指标，输电线路在运行维护过程中，线路运行管理单位会定期对所管辖的每条线路逐基进行杆塔接地电阻测量，发现接地电阻不合格需要上报大修技改，以达到优化杆塔接地通道的目的。经研究发现：同塔双回线路的整体耐雷水平，与杆塔接地电阻的大小成反比，杆塔接地电阻如果过大，会导致雷电流的电压降过大，从而使杆塔顶部及横担处的电位较高，绝缘子两端电压升高，使绝缘子击穿闪络；呼高越大，耐雷水平越低。山区线路杆塔一般都建在山顶，沿着山脊排布，为了防止雷击双回线路同跳，《规程》规定山区双回线路接地电阻不宜大于 10Ω。雷电流的幅值根据所处地区的不同而有区别，会因地区纬度、雷暴日、气候条件等的不同而变化。雷电流的大小由安装在杆塔顶部外伸部分或地线上的磁钢棒测得。

3 防雷特性研究

输电线路杆塔接地电阻的大小、是否架设避雷线（即架空地线）、杆塔高度、输电线路绝缘水平的高低、是否架设耦合地线等对输电线路遭受雷击之后的跳闸率有很大影响。

在输电线路杆塔受到雷击时，由于输电线路架空地线及导线的阻抗值远大于输电线路杆塔的接地电阻，因此只有小部分雷击电流沿着架空地线流向相邻杆塔，大部分雷击电流则是沿着接地通道泄放进入大地。随着杆塔接地电阻的提高，雷电流幅值得到有效减小。对线路杆塔接地电阻进行适当的降低，会使雷电流经过接地通道被引入大地，避免线路承受过高的雷电流。所以对衍铁线、周铁线的防雷综合改造，其中一项主要改造点就是耐雷水平较低杆塔的接地网改造。

输电线路杆塔遭受雷击后，无法通过接地通道顺利进入接地网的雷电流将沿着输电线路传输，而且需要一定时间才可以影响到下一基杆塔。随着输电线路档距的不同，传输时间也不同，因此输电线路线路耐雷水平也不同。经研究发现，在一定范围内，耐雷水平随着档距的增大而增大，当档距提高到200m后，耐雷水平基本维持不变。因此可将滨州地区落雷密度较大地区的杆塔档距较小的进行改造。

杆塔遭受雷击的概率，从统计学来看是与杆塔高度增加呈正相关。随着输电线路杆塔高度的增高，输电线路所遭受雷击的概率也相应呈现上升的趋势。因此，雷电流在杆塔高度较高的情况下更容易发生闪络，耐雷水平降低。所以在杆塔所处位置环境及其他条件允许的情况下，我们应该将杆塔的高度尽量降低，从而提升输电线路耐雷水平。

为了使避雷线对输电线路进行保护，避雷线应该通过铁塔进行有效接地。在超高压输电线路上一般采用双避雷线，由于电压等级较高，输电线路在正常工作过程中将在两根避雷线所组成的闭合回路中产生电流，从而产生多余损耗。避雷线在输电线路中的作用，除了用于防止导线受到直击雷的伤害之外，还有很多其他方面可以得到有效利用，比如将避雷线用作屏蔽线从而减少通电导线产生的强磁场对通信线路的干扰；通过避雷线减少线路发生不对称短路时的工频电压等。目前避雷线在输电杆塔上的悬挂方式主要有两种避，较为常见的是直接悬挂于输电线路杆塔上，另外一种较少应用的是避雷线通过绝缘子与输电线路杆塔相连，从而实现对地保持绝缘状态。。

输电线路接地电阻的大小是决定输电线路杆塔顶部电位的重要因素，采取有效的方法来降低接地电阻阻值，输电线路杆塔顶部的电位将得到显著下降。降低输电线路杆塔接地电阻的方式主要有以下几种：(1) 利用接地电阻降阻剂；(2)采用爆破接地技术；(3)扩大接地网面积；(4)外引接地。由于输电线路的相序一旦施工完成投入使用之后便无法做出更改，因此我们无法通过改变输电线路相序来提高线路耐雷水平。目前我们经常采用提高输电线路耐雷水平的方式主要有两种：第一种对输电线路杆塔加装氧化锌避雷器（即线路型避雷器）；第二种通过对输电线路杆塔接地电阻的改造来降低杆塔接地电阻的阻值。通过两种方式在实际线路中的应用，我们可以得出氧化锌避雷器能够大大降低输电线路雷击闪络现象的发生。

根据以上分析，对输电线路杆塔防雷改造可采取下列措施：(1)加强对输电线路的管理和改造，降低输电线路雷击跳闸率：a)对易发生绕击线路安装防绕击避雷针；b)对雷击严重地区安装氧化锌避雷器；c)对线路接地网定期进行检查并测量其电阻，扩大接地网面积；d)增加绝缘子片数或更换雷击绝缘子避免绝缘子雷击闪络。(2)对线路进行整体评估并分类，针对不同段落采取不同措施，实现分级治理；(3)针对雷电活跃程度的不同对杆塔接地进行改造，雷电活跃区采取措施将杆塔接地电阻降至 10Ω 以下，对于呼称高超过20 米的杆塔我们采取相应措施将接地电阻控制到5Ω以下；(4) 在雷电活动特别频繁的地区，极易遭受雷击的杆塔，不仅要在单独的杆塔上做好相应的防雷措施，还要与相邻杆塔进行良好的绝缘配合，在对相邻杆塔进行了阻值测算后，根据结果对相邻杆塔加装线路型避雷器，从而提高输电线路雷电绕击发生时杆塔的耐雷水平。

5 小结

通过对防雷分析，对滨州输电线路根据杆塔遭受绕击和反击的风险进行分析分类，并根据段雷击跳闸种类的不同分别讨论并采取不同的防措施，最终达到避免或降低该线路雷击跳闸次数的目的，为其他输电电路的防雷改造提供了宝贵的经验。

参考文献:

[1] 苏邦礼等.雷电与避雷工程[M].广州：中山大学出版社，2017，24.

[2] 陈国庆.交流输电线路绕击仿真模型及同杆塔双回耐雷性能研究[D].中国电机工程学报，2013，33（0）.

[3] 朱木美.架空地线的保护范围及绕击率的计算[J].华中科技大学.2012: