输电线路的防雷接地安全探讨

输电线路的防雷接地安全探讨

唐树军、汤灵亮

浙江省通信产业服务有限公司杭州市分公司，浙江省杭州市， 310000

【摘要】：伴随着社会的进步与发展，整个社会用电量快速增加，电网的设备量越来越多，故障发生的次数必然增多。同时社会和人民对高质量的电能需求愈为迫切，是对电网安全运行的一大考验。输电线路大多位于野外，容易受天气等多种因素影响而发生跳闸事故，造成正常生产生活损失巨大，而且相对于其他类型的故障，雷击故障更加难以预测及控制，所以我们必须要针对电力系统防雷做更加细致的研究工作。

【关键词】：输电线路；防雷接地；安全

引言

根据己知的电力系统故障情况，输电线路的故障占据其中的主要部分，而雷击跳闸引起的输电线路故障次数占比最高。因此为了提升电网运行的安全性、稳定性，有效降低输电线路的雷击故障，从而从根本上减少输电线路雷击跳闸事故的发生，对防雷新技术进行研究。雷电活动的发生具有很强的随机性，产生的各种因素也是极为的复杂，因此，目前世界上针对输电线路雷害的认识研究依然十分的浅薄，诸多未知的因素还未完全的调查清楚。

1.架设耦合地线

在线路上架设耦合地线的作用是使线路导线与接地网络之间的藕合增强，因为雷击在导线上形成的感应电动势与雷击电压方向相反，故而能够使绝缘子间的压降变小，从而能够使线路遭受雷击发生闪络的概率变低。除此之外，耦合地线还拥有一定的电流分流效果，使杆塔分流系数减小.

藕合地线对线路防雷击的影响和架设线路的长度密切相关，为了验证架设藕合地线对线路防雷击闪络的效果，此处取4基杆塔模型，并根据编号依次增加耦合地线的安装，对分析对比其结果。在雷云模型处于线路杆塔正上方时，架设耦合地线未产生明显的防雷击效果，对比雷云处在其它位置情况，能够看出在雷云处在杆塔1/4档距时架设藕合地线对线路防雷保护效果最明显，另外，藕合地线也会带来一定的副作用，即会对相邻杆塔产生雷击放电现象。

架设藕合地线对配电线路存在的原接地电阻值较大的杆塔有较好的效果，线路反击跳闸概率得到了较好的控制，线路整体的耐雷电水平也提高了。输电线路藕合地线通常架设在线路导线上方，有单地线和双地线，双地线位于杆塔顶部两侧平行的位置，架设位置的不一样也会影响输电线路防雷效果，通常情况下藕合地线架设在导线两侧时，屏蔽效果更好，防雷的效果也更好。

2.增加避雷线

在输电线路上安装避雷线是比较常规的线路防雷措施，也是防雷比较有效的措施之一，能够有效预防雷电击中杆塔导线，降低雷击跳闸的概率，除此之外其还有以下作用：

（1）屏蔽作用，使导线出现过电压的概率降低;

（2）分流作用，使雷击电流快速灌入大地;

（3）藕合作用，降低绝缘子承受的雷击电压。

分析上述实验数据能够得到，避雷线保护角的不同对线路防雷效果影响较大，且在避雷器保护角较小时防雷作用更加明显，当其保护角为0“附近值时，线路均不会发生闪络，此时避雷线对线路保护效果最佳，且当发生雷击时，雷击电流从避雷线与地形成回路，将电流快速灌入大地，有效地降低了雷击跳闸故障发生，通常较小的保护角能够由降低导线高度或将导线转移至杆塔附近距离来实现。

防雷效果除了与保护角有关，与雷云处在杆塔上方位置也有关，从上述表格看，当雷云位于距离杆塔1/4档距时，避雷线对输电线路的保护效果最好，当雷云位于输电线路杆塔附近时，避雷线对输电线路的保护效果比前述位置稍微差一些，原因是当雷云在杆塔附近时反击雷对输电线路杆塔及导线影响较大，会产生放电现象，但是避雷线保护针对的对象更多的是绕击雷，故而受此影响较小。

避雷线在输电线路应用较为普及，在220kV及其以上电压等级的输电线路中全部都设置了避雷线，而在一些涉铁线路、城市生命线等的110kV线路避雷线也己覆盖，如海拔较高地区或风口处的线路，其避雷线保护角通常设在15°~25°之间，针对不同地区及特点的线路可以根据实际情况来设定更小的保护角。

3.安装线路型避雷器

在线路上安装避雷器在输电线路广泛应用于电网防雷工作，且多在雷击概率较高及对防雷有更高需求的输电线路上，将避雷器安装在线路上，让它和绝缘子连接，若雷击电压值超过安全值能保护绝缘子不发生闪络现象，因此可以减小线路受雷击跳闸的几率，从而实现线路防雷。避雷器的工作机理是对雷击电流有引导分流作用，使得雷电流首先快速流入到避雷器，然后再迅速从避雷器流入到大地中。

根据模拟试验及以往防雷击数据可以得到，氧化锌材料的避雷器具有非常好的陡坡响应，几乎不存在放电延时，伏秒特性平滑，能够很好的与线路绝缘子进行配合。此外，其切断工频电流续流的能力也较强，通常续流能达到pA级别，续流时间越小则对系统产生的影响越小。

金属氧化物避雷器因其优良的特性在输电线路较大范围得到了应用，且效果较好，此种避雷器的技术也愈加成熟，积累的工程经验也越来越丰富，通常采用金属氧化物避雷器的情况有以下几种：

（1）海拔较高的线路及发生闪络概率较高的线路，杆塔档距超过600m的杆塔，接地电阻较大的杆塔，雷云活动较多地区的杆塔;

（2）杆塔所在地区地形复杂且气候较为恶劣，因土壤电阻率较高而导致的较大接地电阻以及采用其他防雷设施并不能取得较好效果的情况;

（3）避雷线及架设藕合地线不能对线路导线起到较好屏蔽作用的山坡及河流地区杆塔。

4.安装侧向避雷针

在线路上安装侧向避雷器主要是为了防止绕击雷，避雷器通常安装在杆塔顶端，安装避雷线的目的是使避雷线扩大保护范围。避雷针的工作原理为在雷电在放电时，当雷电流达到某一个值时，电场也会随之变化，避雷针能够感受到电流导致的电场变化，随后其将雷电电流转移到避雷针顶部，并迅速流入大地，在此过程中线路出现的最大电场强度在避雷针顶端，与输电线路距离较远。

分析上表可以发现，在输电线路上安装侧向避雷针时，线路导线及绝缘子抗雷击能力均得到了提高，提高的程度跟避雷针安装的位置、所处范围以及雷电活动范围均有关系。若避雷针设置在某一相上时，且此时雷云处在杆塔顶端位置，发生雷击活动时，雷击对象为避雷针，并且避雷针能够将雷击电流引向大地，从而避免绝缘子产生闪络的风险。此外，观察雷云位置及实验结果可以发现，避雷针保护的区域集中在杆塔顶端附近位置，若雷云在杆塔中央位置，则避雷效果就会受到较大影响。

输电线路在实际运行过程中，避雷针应用相对较少。其在输电线路上的安装位置位于杆塔横担处，并与绝缘子挂点间的距离较小。避雷针的长度通常为4m，向外倾斜的角度大约为45°，从而使得绕击雷对边相导线的影响最小。通常金属材质的避雷针对雷击电流有更大的引导作用，且能够耐受恶劣环境的长期侵蚀。

5.降低接地电阻

接地装置是指输电线路杆塔与大地之间的回路。当电力系统发生短路等故障时，杆塔与大地之间的回路可以使故障电流等通过接地装置迅速流入大地，保护系统、设备及人身安全。接地是电力系统中保障安全的一项重要技术措施，在停电检修、设备安装过程中都需要使用接地装置来确保人身和设备安全。

输电线路与地之间的良好回路是降低系统雷击跳闸率的保障，同时也是保护输电线路安全稳定运行的最后屏障。线路杆塔的特性之一是其接地电阻，其大小也决定了雷击形成电流流入大地的速度及压降大小，故而设置合适的杆塔材料对防雷非常重要。综上所述，接地装置是电力系统中对雷击防护最基本也是最重要的措施之一。

接地电阻值处于正常状态时，并不会影响杆塔遭受雷击的耐受能力。根据运维经验，输电线路经过一定年限的运维后，部分接地电阻略有升高，其阻值较大的原因一般为：埋在地下的接地网腐蚀，导致线路绝缘变差，接地电阻值变大;外力破坏导致接地装置受到破坏，如被挖机等挖断等情况时有发生。

由于杆塔与地之间的的电阻值对线路防雷水平有很大的影响，故而输电线路对在建及规划中的输电线路杆塔中接地电阻做了明确的规定。

输电线路按区域分布中有部分特殊地域杆塔与地之间的阻值通常比上图中数值要低，降低接地电阻的常用方法不仅包含在接地网络中引出导线，同时也包括如下几种方法：（1）扩大接地网（2）深埋接地网络或接地极（3）人为改善土壤电阻率（4）采用接地模块（5）采用爆破接地技术。

降低输电线路杆塔接地电阻有助于提高杆塔耐雷击水平，具体使用何种方法来降低接地电阻因根据输电线路及杆塔的实际情况来选取，确保做到经济性与防雷性平衡。

6.采用防反击雷装置

为了更加有效地减少反击雷故障跳闸情况的发生，着重对输电线路防反击雷进行针对性研究，防反击雷装置的电路模型见图1所示。

图3-1防反击雷装置电路模型图

在杆塔与线路原接闪器之间安装防反击雷装置，通过这种安装方式有效地减少雷电反击故障的出现，其中数字分别代表为：1是接闪器、2是等效电感、3是等效电阻、4是等效电容、5及6代表杆塔的电感及电阻。其原理为当输电线路杆塔遭受反击雷时，增加了1条电流流入大地的通道，原有的泄流通道是杆塔和大地之间形成的。安装了防反击雷装置后，增加了1条由由接闪器、防反击雷间隙和杆塔之间形成的通道，可以使得反击雷电流迅速泄出。安装防反击雷装置后，杆塔与大地之间的压差也会降低，使雷电流也随之变小。

分析发现，安装防反击雷装置（ACT）后，杆塔和线路导线之间的电位差变小，从而使输电线路杆塔遭受反击雷的概率变小。安装防反击雷装置（ACT）后，雷电流幅值大小变小。由此可知安装防反击雷装置之后雷电流幅值明显得到了降低。

结语

综合以上叙述，在配电线路防雷接地工程技术应用的阶段中需要根据防雷的目标需求，构建出更为科学有效的防雷接地方案。同时在技术应用阶段还需要做好施工技术的管理控制，保证防雷接地工程的效果能够满足于配电线路工程的建设需求。

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