输电线路防雷分析及措施

巨国华

摘 要：本文通过分析电网雷击跳闸率偏高的原因、存在的问题及今后防雷工作的重点, 并提出了加强输电线路相应的有效措施。

关键词：输电线路；防雷；跳闸率；措施

1 前言

雷电是自然界中的气体放电现象，其放电所产生的雷电流高达数十千安甚至数百千安，可以引起强大的电磁效应、机械效应和热效应。在电力系统中，雷电放电可引起很高的雷电过电压，是造成线路跳闸停电事故的主要原因。据统计，雷击引起的跳闸事故占电力系统事故的50%～70%。

近年来,输电线路的雷击跳闸率和事故率较为突出,雷击故障在造成线路或变电设备损坏的同时,也可能引起严重的电网事故，为了确保电网安全,电网公司每年投入大量的资金用于各供电局的线路防雷改造工程,例如:降低线路杆塔接地电阻、更换合成绝缘子、装设部分线路避雷器等。

2线路防雷存在的问题

1)近年气候环境变化无常,2007年强雷暴过程造成大量线路连续跳闸和输、变电设备损坏;各种因素中,属雷电强度大对输电线路的影响最大,线路雷击跳闸的比例也较高。

2)雷电活动存在随机性和分散性,加之近年雷电强度略呈上升趋势,使防雷难度加大,仅改善个别线路耐雷性能,不能在短期显著降低整体线路雷击跳闸率。

3)山区输电线路比较多,一般均处在高山峻岭之中,由于地形条件决定了线路的大高差、大挡距,存在线路保护角偏大,屏蔽效果差,增加被雷电绕击线路的概率。山区线路由于受特殊地形条件所限,在测量杆塔接地电阻值时,由于测量线太短(例如采用摇表法测量20m,40m线)等,测量结果反映不真实,往往测出的数值偏低,造成误判断,影响了线路防雷措施的选择。

山区线路的绝缘子损坏一般均分布在高山以及大跨越的杆塔地段,给线路维护工作带来一定的困难,110kV及以下线路遭雷击跳闸而重合闸成功后,往往做不到及时查找雷击线路闪络点,部分损坏的绝缘子有时也得不到及时发现和更换,从而降低了线路的耐雷水平,留下了事故隐患。山区线路在采用线路避雷器保护措施时,由于对线路的雷害特点分析不够(线路的雷击点和易击段),对线路避雷器的性能及保护效果了解不够,选择安装点存在一定的盲目性,达不到应有的保护效果。

4)线路绝缘配置水平与其它国家还有差距,发达国家在满足最大风偏、间隙和爬距情况下,还考虑免维护裕度。国家电网公司典型设计规范也大幅提高绝缘配置标准,如一般地区500kV、220kV和110kV单回线路分别比现行规程增加3、2、2片绝缘子,塔头尺寸也相应增加。而电网原来线路绝缘和塔头尺寸都是按满足最小风偏、间隙、爬距以及最省塔材要求设计,在原塔头上开展防雷改造(如增强绝缘)和防污调爬,导致空气间隙裕度进一步减小,可能导致绝缘子放电跳闸率降低而塔头间隙放电跳闸率增加的情况。

4 防雷的技术措施

4.1 架设避雷线

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：①分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；②通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；③对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。

同时，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，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右，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。

为了起到保护作用，避雷线应在每基杆塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上，正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗，同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道，可将避雷线经过一个小间隙对地(杆塔)绝缘起来。雷击时，间隙被击穿，使避雷线接地。

4.2 降低杆塔接地电阻

降低接地电阻是提高线路耐雷水平防止反击的有效措施。配合架设避雷线,降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高。对于架设有避雷线的杆塔,我们都设置了接地装置。同时,要重视无避雷线杆塔的接地。无避雷线水泥杆、金属杆塔的接地电阻虽然一般不限制,但在年平均雷暴日超过40天的地区,接地电阻也不宜超过30Ω(可减少由于雷击线路而引起多相短路和两相异点接地引起的断线事故)。

4.3 架设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一条地线。它的作用主要有以下方面：①加强避雷线与导线间的耦合，使线路绝缘上的过电压降低；②增加了对雷电流的分流作用。运行经验表明，耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山区的输电线路其效果更为明显。

4.4 采用中性点非有效接地方式

在我国35kV及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除，不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时，由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。因此，对35kV线路的钢筋混凝土杆和铁塔，必须做好接地措施。

4.5 加强线路绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如：跨河杆塔)，这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。

4.6 装设自动重合闸装置

由于线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计，我国110kV及以上的高压线路重合闸成功率达75%～95%，35kV及以下的线路成功率约为50%～80%。因此，各级电压等级的线路均应尽量安装自动重合闸装置。

4.7 安装线路避雷器

即使在全线架设避雷线，也不能完全排除在导线上出现过电压的可能性，安装线路避雷器可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制了电压的升高，保障了线路、设备安全。

5 防雷工作重点及建议

1)加强线路的绝缘设计,把好新建线路绝缘配置关,按电网悬式绝缘子选型要求进行不同材质、不同形状的外绝缘配置,适当提高新建架空线路防雷设计标准;采用较大电弧距离合成绝缘子,增加玻璃绝缘子片数,将瓷绝缘子更换为玻璃或合成绝缘子等;对于位于山顶或突出暴露地形易击杆塔,建议使用玻璃绝缘子,加强线路绝缘可按提高10%～20%考虑,同时也应提高塔头尺寸和空气间隙裕度,防止塔头间隙放电概率增大。

2)加强雷电定位系统的运行维护,确保雷雨季的运行可靠性。运行部门应注重提高雷电定位系统的利用率和应用水平,及时更新新建、改建线路坐标,充分利用雷电定位数据进行防雷技术分析。

3)加强雷击跳闸故障点巡查,及时找到故障点和雷击受损绝缘子等设备,结合综合停电进行更换或处理,及时消除线路缺陷和安全隐患。

4)开展综合防雷工作,注重落实线路接地降阻及检测等基础措施,根据线路运行条件和运行经验选择有效的改造方式,对非常规新型防雷设施可适当试点运行、积累经验。

6)加强线路继电保护和重合闸管理。线路防雷在一次方面存在局限性,由于雷电强度的概率分布特性、防雷设计和改造的技术经济限制,线路雷击跳闸率只能降低到一个可接受水平,不可能降低到更低水平。因此在采取措施降低雷击跳闸率同时,更应加强继电保护和重合闸管理,避免继电保护故障和不必要的重合闸退出,在雷击故障发生后及时切除故障和恢复送电,防止瞬时雷击故障扩大或造成线路永久停电。其次,应继续加强电网规划和建设,完善网架结构,提高供电可靠性。