高压输电线防雷过程中存在的问题及改进措施

陈胜强 马广俊 邵志宏

摘 要：本文分析了雷电对输电线路运行造成的危害，在现有输电线路防雷研究成果的基础上，进行了雷击输电线路杆塔的计算，通过对输电线路耐雷水平的计算，全面剖析了电力系统中如何提高输电线路的防雷水平，从而有效降低输电线路雷击跳闸率，减少雷电对电网安全运行的影响。

关键词：输电线路;防雷;雷电过电压;反击;耐雷水平

0引言

本文探讨了在实际运行情况中影响输电线路耐雷水平的各种因素，包括：架设避雷线、杆塔的接地电阻、装设避雷器、架设耦合地线及线路的绝缘配合等因素。深入分析了这些因素影响线路耐雷水平的机理，从而可以有针对性地采用防雷措施，提高线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率。在输电线路防雷设计中，合理选择输电线路的路径、在变电站内装设自动重合闸装置，也可以降低输电线路的雷击跳闸率。

1  主要防雷措施及存在的问题

1.1  主要防雷措施

目前，国内输电线路的防雷措施主要有以下几种：

（1）合理选择线路路径;

（2）架设避雷线;

（3）降低杆塔的接地电阻;

（4）架设耦合地线;

（5）合理选择输电线路的绝缘配合;

（6）安装线路型避雷器;

（7）装设自动重合闸装置。

1.2  存在问题

通过调查分析认为，目前线路防雷技术措施对于降低线路的雷击跳闸率及事故率是起到了一定的效果。但是，在一些特殊地理环境中的线路，由于维护困难，采取措施不当等因素，防雷效果差，导致一些线路的雷击跳闸和事故率历年来居高不下，存在的主要问题：

（1）在土壤含盐量高的地区，由于土壤电阻率高，按接地规程《交流电气装置的接地》（DL/T621.1997）171要求，杆塔接地电阻值不宜大于30Q，但要降低其电阻值难度比较大，虽然投入大量资金进行接地改造，往往效果不理想。

（2）山区线路，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、大擋距，存在线路保护角偏大，屏蔽效果差，线路的雷击跳闸率较平地大。对已投入运行的线路实施铁塔结构改善，存在一定的困难。

（3）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，对线路避雷针器的性能及保护效果了解不够，安装避雷器时存在一定的盲目性，选点不合适，有时达不到应有的效果。

2  输电线路雷电过电压现象及分析

2.1  雷电过电压现象

雷电现象虽然十分复杂，但从分析其后果的角度来看，又可简单将其看成是一个电流行波沿空中通道注入雷击点，在击中导线后即分为左右两路继续前进。伴随着电流行波一同前进的还有电压行波，它们构成了以接近光速传播着的电磁波。

电压行波u和电流行波i的比值Z=u/i，就是该通道的波阻抗，一般取3000 对于导线或避雷线，大约为 300-4000 。当雷击杆塔顶部时，由于塔脚接地电阻R很小，于是出现反射现象。假设R=O，则无论如何塔顶都不会出现对地电压，这时随同电流波一同侵入的电压行波，就只好改变其极性后再由原通道反射回去，才能正、负抵消，保证塔顶的零电位状态。但伴随这个向回反射的电压行波还有一个电流行波返回去。由于R=O，电流将发生正的全反射，其结果相当于二倍的电流叠加在一起。从被击物看来，电压消失了，电流增加了一倍。

2.2雷电感应过电压

如果雷没有直接击中输电线路的导线，而是击千线路附近的地面，或者击中避雷线、杆塔顶部，由千电磁感应，会在导线上产生过电压，我们称之为感应过电压。

雷击于架空线路附近地面，根据理论分析和实测结果，《规程》规定，当雷击点距架空线路S> 65米处，雷云对地放电时，线路上产生的感应过电压按下式计算：

U≈25

由于感应过电压一般很少达到500-600kV，故对60kV及以上线路，感应过电压一般不会引起闪络。

3  提高输电线路防雷水平的措施

对于高压架空输电线路，为了预防或限制雷电的危害，采用了一系列防雷措施和防雷保护装置。但是这些措施在实际运用中由于使用不当，出现了措施的失效问题，使原有线路的防雷水平并没有提高，严重威胁电力网的安全运行。通过上述的计算方法及对雷电过电压的计算可以得到下面几种科学的防雷措施。

3.1架设地线并减小地线保护角

地线是送电线路最基本的防雷措施，地线在架空线路防雷方面起到重要作用：防止雷电直击于导线;在雷击塔顶时对雷电流有分流作用，减少经过杆塔泄入大地的雷电流，从而降低了塔顶电位：对导线有耦合作用，可降低雷击杆塔时塔头绝缘（绝缘子串和空气间隙）上的电压;对导线还有屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。综合以上功能，架设地线可大幅降低线路绝缘承受的电压。

3.2降低杆塔的接地电阻

路杆塔接地电阻越小，雷击杆塔顶时，杆塔的耐雷水平会越高。

3.3合理选择输电线路的绝缘配合

输电线路绝缘配合要综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压（工作电压及过电压）、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经济和安全运行上总体效益最高的目的。

绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘水平，可用lmin工频耐压试验来对电气设备进行试验，该值代表了绝缘对雷电、操作过电压的总的耐受水平，只要设备能通过工频耐压试验，就认为该设备在运行中遇到大气、内部过电压时，都能保证安全。架空送电线路的绝缘配合设备就是要解决杆塔上和档距中央中各种可能放电途径（包括导线对杆塔、导线对避雷线、导线对地、不同相导线间）的绝缘选择和相互配合的问题，包括：（1）杆塔上的绝缘配合设计;（2）档距中央导线及避雷线间的绝缘配合设计;（3）档距中央导线对地及各被跨越物的绝缘配合设计;（4）档距中央不同相导线间的绝缘配合设计。

3.4架设耦合地线

架设耦合地线，增加了对导线的耦合系数，增大了它与各相导线的之间的耦合系数，减小了等值波阻抗;同时增加分流，使得塔顶电位降低，绝缘子串上电压减小，降低闪络率，从一定程度上提高耐雷水平。耦合地线降低过电压的效果只是增加导线与地线耦合系数，母线过电压变化不大，甚至还有小幅增加。增设耦合地线后必须验算杆塔所承受的荷载，在杆塔机械强度允许的情况下，在导线下方增设耦合地线以提高耐雷水平是可行的。

3.5安装线路型避雷器

在输电线路上安装线路型避雷器有三个主要目的：一是用于雷电活动强烈的地段、某些降低接地电阻有困难地段以及对防雷有特殊要求处，如大跨越段、超高塔段，提高线路的防雷性能;另一是沿线路装设线路型避雷器以深度限制沿线的操作过电压水平，这种一般用在操作电压较高的220kV以上电压等级的线路;第三是在线路进变电站构架、电厂电气装置构架处的终端塔上，以限制雷电过电压入侵变电站和电厂内电气设备。

4  结论

在输电线路防雷设计中，必须紧密结合当前电力生产和建设中的课题，不断收集和积累各种数据和资料，经常总结防雷保护工作中的经验教训，提出新的更加有效的保护技术措施，以满足不断发展的电网的需要。

只要重视输电线路的防雷，加大对输电线路防雷的投入，提高输电线路防雷的科技含量，加强对雷电的监测和预防，加强输电线路的运行维护工作，输电线路防雷是“可控”的，降低其雷击跳闸率是完全可行的。