输电线路防雷设计方法研究

作者/厉刚、葛涛，国网山东省电力公司微山县供电公司



输电线路防雷设计方法研究

作者/厉刚、葛涛，国网山东省电力公司微山县供电公司

文章摘要：输电线路多架设在野外或崇山峻岭之上，很容易受到雷击。输电线路在受到雷击后，会受到巨大的过电压和电流冲击，从而造成线路跳闸、绝缘子串闪络、导线断线、避雷线断线等，导致停运故障甚至造成大面积停电事故。本文阐述了输电线路雷击放电原理，介绍了雷击的形成和发展过程，并有针对性地提出了防雷措施来提高输电线路防雷性能。

关键词：输电线路；防雷设计；方法研究

引言

近年来，我国的气候环境变化异常，雷电活动日益频繁，但是随着电网新增速度的加快，输电线路雷击事故呈现逐年上升的趋势，着已经成为了除了自然灾害外危害电网安全的最大因素。现在的研究表明，在不同时间、不同地域，由于雷电活动特征存在着较大的差异，雷电对输电线路造成的影响也是不同的，输电线路呈现出的防雷性能相应的也有所不同。所以，采用有针对性、有差异的反应雷电活动特征的雷电参数，对于准确地评估出输电线路防雷性能有着重要的意义和实用性。针对上述问题，本文提出了一种输电线路防雷性能差异评估方法，基于长期监测获取的雷电定位系统数据，以输电线路真实发生的雷电参数统计结果来进行防雷性能分析，从而全面的反应输电线路防雷性能的差异性。

1.输电线路雷击过程

云层积聚了大量的电荷形成雷云，当一点积聚的电荷过多，他附近的电场在达到25～30kv/cm是，空气就会游离，是这一部位的绝缘状态变为导电性的通道。当输电线路遭到雷击后，会产生冲击波，沿输电线传输，在输电线的周围产生可以瞬变的高压电场。当雷电流超过输电线路的耐雷水平时，就会导致一次雷闪，只有当沿击穿通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧，引起相间短路线路才会跳闸停电。

输电线路遭到雷击后，通过自动重合闸装置来消除工频续流后继续运行，只有遇到自动重合闸无法消除的线路故障时才会退出运行。采用哪种方式来解决输电线路防雷击主要是由电力运行部门对雷害事故的考核方式来决定的。所以，在我国由于考核方式的不同，采取的防雷措施出发点是尽量不让输电线路遭受到雷击，也就是采用“阻塞型”防雷措施，虽然，自动重合闸装置可以排除一部分闪络事故，但是输电线路绝缘子表面在工频电弧的作用下还会发生烧灼。这就需要每次雷击后派线路工来防护烧损的绝缘子。而国外采用的是“疏导型”方法，就是运行输电线路在被雷击后可以通过自动重合闸排除闪络故障，由于其将工频电弧引导到与绝缘子并联的保护间隙处燃烧，所以不用在雷击后对绝缘子进行检查修复。

2.输电线路防雷设计

在确定输电线路的防雷方式是，要充分考虑输电线路的重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、系统运行方式、土壤电阻率的高低、地形地貌特征等条件，结合输电线路的运行经验，进行全变的技术比较，确定出合理的保护措施。

■2.1选择合理的输电线路路径

输电线路遭受雷击往往是基础比较固定的路段，这种现象被称为选择性雷击区或易击区。如果能够避开这些雷击区或对其加强防护，这就是从根本上防止输电线路遭受雷击。下列路段为易击区：

（1）地下水位较高处或有导电性矿的地面；

（2）如顺风以及山区风口的峡谷和河谷等雷暴走廊处；

（3）土壤电阻差别不大时，如有良好的植被和土层的山丘，突出的山顶和山的向阳坡等；

（4）四周为山丘的潮湿盆地，如鱼塘、水库、沼泽地、蜿蜒起伏的山丘等；

（5）有土壤电阻率突变的地带。

■2.2采取绝缘避雷线防雷

输电线路的避雷线除了防雷外，还有实现载波通信、减小潜供电流等作用，避雷线有两种悬挂方式，一种是经过绝缘子与铁塔相连，另一种是直接悬挂在铁塔上。由于避雷线到各相导线的距离实不相等的，所以它们之间的互感是有差别的，所以在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。对于220kv长200～300km的线路，附加电能损失每年大约可以达到几十万度，而对于500kv长300～400km的线路，每年大约损失数百万度。所以，在我国一般采用绝缘避雷线来设计超高压线路以减少能耗。但是，在雷击状态下，避雷线的绝缘在雷电先驱放阶段即被击穿而使避雷线呈接地状态，所以不会影响防雷效果。

■2.3采用杆塔接地技术

降低杆塔接地电阻的功能相当于疏通电流入地的通道。在雷电流的作用下，接地装置存在火花效应和电感效应，火花效应使阻抗降低，电感效应使阻抗增加。降低杆塔接地电阻就要降低冲击接地电阻，降低杆塔冲击接地电阻可以有效的改善500kv以下的输电线路的防雷性能，一般可以采用将杆塔的工频接地电阻乘以一个估算的冲击系数来得到冲击接地电阻。采用模型试验的方法可以对不同杆塔接地装置的冲击特性进行测试 , 最终得出其冲击系数的计算公式。另外，可以采用膨润土等降阻剂能有效改善接地装置冲击特性，目前在我国杆塔接地方面。最为缺乏的是对实际接地装置冲击特性的研究。

■2.4安装线路避雷器

将线路避雷器与绝缘子串联并不能够限制输电线路杆塔电位，当雷击塔顶或避雷线时，一部分电流通过避雷器流入相导线，相导线电位升高，绝缘子串两端的电位降低，不会发生闪络。线路避雷器可以达到100%防止被保护线路雷击的效果，需要在易击部分每个杆塔上安装避雷器来消除输电线路雷击闪络，输电线路避雷器的内部要采取全固体结构，有利于消除避雷器内部因为受潮进而导致故障的可能性，这样可以实现免维护。

3.结束语

在进行输电线路防雷设计时，应该建立可以充分反映输电线路雷电暂时特性的全程过程分析方法。建立绝缘子的非标准波闪络特性模型、接地装置的时频特性模型、线路杆塔的非均匀传输线精细模型、导线冲击电晕模型及雷电放电通道在导线上的感应过电压分析模型。

防雷分析及防雷措施的选择实行一项和复杂的工作，所以应结合杆塔的地形特性、雷电参数的地域特性，综合评估线路的防雷特性和防雷措施，要因地制宜提出不同区域输电线路的防雷措施。

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