输电线路雷害预防

输电线路雷害预防

钱建国葛伟

钱建国葛伟

（国网冀北张家口供电公司）

摘要：随着国民经济的发展与电力需求的不断增长，电力生产的安全运行问题也越来越突出。对于输电线路来讲，雷击跳闸一直是影响高压输电线路供电可靠性的重要因素。由于大气雷电活动的随机性和复杂性，目前世界上对输电线路雷害除避雷外没有有效的防雷措施。对张家口供电公司输电线路近年来雷击故障进行了深入细致的分析，结合雷电侵入途径及原理，有针对性地提出了预防和改进建议。

关键词：输电线路；雷害；过电压

引言

输电线路在运行过程中承受工作电压、操作过电压或大气过电压时，都可能会发生绝缘闪络事故。在超高压输电系统中，操作过电压已被限制在较低的水平（500kV系统不超过2.0p.u），已不再是构成线路绝缘的控制因素。另一方面，近几年来因治理污闪事故的调爬等措施使线路的绝缘水平得到提高，线路在工作电压作用下的可靠性也明显提高。国内、外运行经验表明，大气过电压引起的绝缘闪络已成为线路故障的主要原因。

美国、日本和俄罗斯等几个国家的高压和超高压输电线路的雷击跳闸率摘录如表1。

式中Lb为半档避雷线的电感，a为雷电流陡度。

2、架空输电线路防雷的基本原则及措施

线路防雷的基本任务是采用技术上与经济上合理的措施，将雷击事故减少到可以接受的程度。以保证供电的可靠性与经济性。为此，一般设有四道防线：

第一道防线是保护导线不受或少受雷直击，为此可采用避雷线、可控放电避雷针、消雷器或改用电缆。

目前采用避雷线仍然是架空线路防雷的首选措施，这已是被长期工程实践所证实了的行之有效的防雷措施，当然在某些线段由于特殊的地理环境造成绕击率偏高，或是由于接地电阻降不下来造成雷击跳闸率偏高，为提高线路的安全运行水平可采用可控放电避雷针，改用电缆在经济上是难以接受的。

第二道防线是雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络，为此需提高线路的耐雷水平或线路的绝缘水平。

最经济实用的办法是降低接地电阻来提高线路的耐雷水平。在山区当降低接地电阻很困难时，可采用可控放电避雷针，加装耦合地线、接地拉线，或适当加强绝缘，或是在个别杆塔上采用线路型避雷器。

采用可控放电避雷针时由于绕击率很低，而且主放电电流很小，一般线路杆塔的耐雷水平都大于此值，所以它能大大降低线路的雷击跳闸率，提高线路的安全运行水平。

加装耦合地线在山区实施时难度很大，一般情况下很少采用。

最近几年在部分线路上使用线路型避雷器，从防雷效果上看是肯定的，但它也存在以下问题：1、它的造价较高，特别是在超高压线路，更是如此，如在220kV线路每基塔的费用达3～4万元，2、它的运行维护是一大问题，由于它的安装地点都在崇山峻岭之中，而且是在线路塔上，它的运行工况不易被监测，每年的预放性试验是一个大问题，现场无法做，只能是拆下运回，做完试验后重新安装，这样运行部门的运行维护工作量将成倍地增加。3、它的保护范围也很有限，只能有效地保护本基杆塔。本文5.2将进一步介绍线路型ZnO避雷器。

第三道防线是当绝缘发生闪络时，尽量减少由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率，从而减少雷击跳闸率，为此应减少绝缘上的工频电场强度，或电网中性点采用不直接接地方式。

采用这种方法应谨慎，因为改变中性点的接地方式，将改变系统的运行方式和系统参数，搞不好会出大事故。

第四道防线是即使跳闸也不中断电力的供应，可用自动重合闸或用双回线以及环网供电。

当然，不是所有线路都要具备以上四道防线，而是要因地制宜，合理采用，把雷害引起的停电事故次数减少到可以接受的程度。

3建议

3.1改造杆塔接地电阻

降低杆塔的接地电阻是减少雷击杆塔后产生反击事故最有效的方法之一。在线路防雷改造中，尽量降低杆塔的接地电阻值，从而限制杆塔地电位升高，提高线路耐雷水平。为了减少超高压输电线路的雷击跳闸率，必须对接地电阻偏大的杆塔接地进行技术改造。

根据当地的大气条件和线路的耐雷水平模拟计算结果，确定杆塔接地装置的接地电阻改造的预期目标是：在一般地质条件较好的土壤中的杆塔或土壤电阻率为1000Ω?m以下的杆塔，其接地电阻控制在10Ω以内；在地质条件较恶劣的石岩上的杆塔或土壤电阻率为1000Ω?m以上的杆塔，其接地电阻控制在20Ω以内，并要求冲击电阻控制在15Ω以内；对于地质条件特别恶劣的典型杆塔，在采取多种改造措施后仍达不到20Ω以内时，必须采取其他措施提高线路的耐雷水平。

3.2安装线路避雷器

为了减少线路的雷击事故，提高供电可靠性，提出了在线路上安装氧化锌避雷器来减少线路雷击事故的要求。自1980年开始，国外开展了应用避雷器来降低线路雷击事故的研究，并已成功地将避雷器应用到输电线路上。理论计算分析和实践都证明，将线路避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难的线段，可以较大地提高线路的耐雷水平。

采用线路型氧化锌避雷器保护输电线路，对防止反击和绕击都是有效的，但是在使用过程中，其安装、维护及价格在一定程度上限制了它的使用，因此，亟待开发出性价比合理的免维护线路避雷器。

3.3线路装设耦合地线

为了提高线路的防雷性能，减少线路的雷击跳闸率，可采用在导下下面（或其附近）中挂耦合线（即架空地线）的办法，加挂耦合线一般在杆塔的接地电阻较大时（一般>20Ω），杆塔所在处地质条件较差（>2000Ω?m）降低杆塔接地电阻非常困难，在此情况下，加挂耦合地线能起到较好作用，加挂耦合地线虽然不能减少绕击率，但是能在雷击杆塔时（或架空地线）起到分流作用和耦合作用，降低杆塔绝缘子串上所承受的电压。

3.4装设可控放电避雷针

该针以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷，避免强烈的下行雷闪放电危害为设计基础。通过数千次高压放电试验证实它引发的是上行雷，具有保护可靠性能高、范围大等特点。经专家评议认为：原理正确，设计思想新颖，保护性能好，是一种有广泛应用前景的防雷保护装置。

上行雷闪不仅雷击电流幅值小、陡度低，而且不绕击。这是因为上行雷闪先导是自下而上发展，该先导或者直接进入雷云电荷中心，或者拦截自雷云向下发展的先导，这样极性相反的雷云电荷上空击闪，自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪还有另外一个特点是上行先导对地面物体还具有屏蔽作用，可减轻放电时在地面物体上的感应过电压。利用上行雷闪的这些特点，通过巧妙的结构设计，使其能可靠地引发上行雷闪放电，达到保护各类被保护对象的目的。

4小结

张家口供电公司对输电线路按照区域，按上诉几种方式，对线路有针对的进行防雷改造，成功有效的抵御了雷电天气对线路的侵袭，确保了输电线路的安全稳定运行。

2013年截至年底运维110千伏及以上输电线路跳闸16次，按电压等级，220kV线路9次，110kV线路跳闸7次；按跳闸原因，外力2次、异物1次、雷击5次、风偏3次、鸟害3次、舞动2次。

在所有的事故跳闸中，雷击是夏季造成线路跳闸的主要原因，2012年共由于雷击造成跳闸事故5次，占全年跳闸次数的21.25%。虽然相对与2011年由于雷击造成跳闸的次数减少了2次，但是在2013年中线路的防雷治理工作仍是重中之重。

2013年，针对线路的雷击频繁区，我们采取的防雷措施有：

１）有效的降低杆塔接地电阻，对山区接地电阻高的，一定要进行改造，并且对于土质较差土壤电阻率较高的，采用更换土壤电阻率较低的土质的方法进行改造，并按照标准化线路接地改造的要求，山区杆塔接地电阻小于15Ω，平原杆塔接地电阻达到小于7Ω。

2）在满足杆塔间隙和各种安全距离的情况下，加大线路的外绝缘水平。

3）将水泥杆原先依靠水泥杆内配筋的全部采用水泥杆外附钢筋或钢绞线的方法进行改造。

4）扩大线路避雷器、避雷针的安装范围。