220kv高壓輸電線路的防雷接地技術研究

廣東科諾勘測工程有限公司 510663

摘要：從富蘭克林的風箏引雷試驗起，人類研究雷電和防雷技術有兩百多年的歷史了。從上個世紀30年代來，雷電對電力系統帶來的危害越來越被人們的重視，怎樣能夠有效的預防雷擊已被當成人們研究的重點，有關的保護機制與研究原理已經被人們廣泛的應用。線路高度和電壓等級在不斷的提高，對于防雷的措施與要求也在逐漸提升，也使人們改進數據分析和防雷保護計算模型的方法。目前220kV高壓輸電線路系統，雷擊跳閘率在實際中比預期的要高，造成的安全事故也是比較嚴重的，國內外的研究人員對于防雷問題做了更加仔細的研究，研究的主要方向有防雷水平的提高、研究雷電統計參數、防雷措施研究和反擊問題研究等等。

關鍵詞：20kV；輸電線路；高壓；防雷

電力系統是將電力能源轉換成為電能，為了使客戶的需求得到滿足，并把其分配和輸送到用戶系統，主要由輸電網、發電廠、電力和配電網用戶幾個部分組成。其中，電力系統的重要組成部分是輸電網和配電網，稱之為電網。配電網是由電纜配電線路或架空線與配電變壓器、繼電保護與各種開關、自動裝置、補償電容、斷路器、計量和測量儀表還有控制和通信設備等組成，除了人為或者是物理因素會造成配電網供電可靠性下降之外，雷擊也是導致配電網供電可靠性下降的一個非常重要的自然因素。電網的重要組成部分是220kV 輸電線路，同時也是我國電網輸送的一個重要組成部分，它具有較低的絕緣水平、分布廣，連接著眾多用戶和變電站的特點。雷害事故非常容易損壞電網和用戶設備，導致停電，導致人身發生傷亡等等，給人民群眾生活帶來非常大的損失。按照電網的故障分析，輸電線路在運行時段的總跳閘數量中，因雷擊而導致的跳閘數量大約占總數的百分之七十至八十。

一、分析220kV高壓輸電線路雷擊形式

雷云在起電、移動與先導放電的過程當中，與導線非常容易形成一個斷開的回路，會使架空導線發生靜電感應，當雷云對大地進行放電，導線中的電荷在非常大的電壓作用之下，自由電荷就形成了，用沖擊波的形式朝著輸電線路的兩端移動，按照感應電壓的計算方法，即電流與導線電阻的乘積，形雷電感應電壓就形成了。通常情況下，雷電形成的感應電壓幾乎都在上千伏左右。

二、分析高壓輸電線路雷電的繞擊原因

根據我國220kV的高壓輸電線路受到因雷擊導致的跳閘分類情況來看，按照數據的情況來分析，在這些年來高壓輸電線路因雷擊而跳閘例子當中，雷電繞擊高壓線路有45次左右，占總繞擊發生總數的80%之上。根據以上的分析我們能夠看到，雷電繞擊是造成雷擊高壓線路發生跳閘的其中原因之一。根據對天氣、位置等一些綜合各方面的因素進行分析判斷，輸電線受到雷電繞擊而發生的線路跳閘的原因主要是受到下面一些方面的影響。

（1）線路保護角α能夠影響到高壓輸電線路的繞擊跳閘率。在分析這些線路跳閘事故案例之中，對線路繞擊的幾率造成的影響是比較大的。根據對于山區輸電線路繞擊率Pa與線路桿塔高度h以及高壓線路保護角θ的關系曲線公式如下：

Pa=α√h/86-3.35（1）

當去桿塔的取40米高度時，線路的保護角α取14度時，線路繞擊率Pa>0.4%，當保護角α取8度，線路繞擊率Pa=0.17%，根據上面的計算我們能夠看出每當線路的保護角有5度的增加時，高壓線路的繞擊率就會至少增加1倍之上，也就是說，高壓輸電線路越大的保護角，線路受到雷擊的繞擊率就會越高，高壓線路的跳閘幾率也就越高。

（2）輸電線路的桿塔的高度對于線路繞擊跳閘率的影響。根據分析上面的計算公式能夠看出，輸電線路的桿塔的高度比較小時，保護角α較小，線路的跳閘率差別也是較小的。但根據線路桿塔高度不斷的增加，也將更大的影響到線路保護角α。用常用的ZM21桿塔型舉例，當桿塔的高度大于35米時，線路繞擊跳閘率會根據桿塔高度上升增加，當桿塔的高度每增加1米，高壓線路繞擊跳閘率就會上升至67%以上。

（3）桿塔所在的地理位置地形影響線路繞擊跳閘率。桿塔在的地形坡度對于線路的繞擊率會產生十分大影響，應分析我們通常使用的電氣幾何模型的擊距法，當地面與桿塔傾角增大時，線路的繞擊跳閘率會通過傾角增大而呈現出非線性上升趨勢，但是當地面傾角小于 15 度時，地面的傾角對繞擊率的影響不是很大，當桿塔與地面傾角大于15時，線路遭受雷擊的繞擊率按照倍數進行增加，在這樣的情況下面，地面與桿塔的傾角對于線路的防雷保護來說是非常不利的。

（4）桿塔型式影響輸電線路繞擊跳閘率。我國目前使用的高壓輸電線路塔型是比較多的，從遭遇雷擊的統計數據分析能夠看到，輸電線路選擇的塔型對于線路遭受雷擊影響顯著，不同桿塔類型的選擇，雷擊發生的幾率也是不一樣的，一般容易導致雷擊發生的塔型有：直線T形塔直線貓頭塔等塔型。

（5）互相作用的多種因素，使線路繞擊的跳閘幾率增加。造成雷電繞擊線路跳閘的因素形式很多樣的，根據公式（1）能夠看到，線路的繞擊幾率不但與保護角、桿塔的高有關系，還和桿塔位置土壤相關，所以說，導致輸電線路的繞擊率是由多種原因的綜合作用而造成的。雷電繞擊率的傳統算法上有一定偏差的存在，根據線路繞幾率的計算和對線路的運行經驗表明，桿塔的高度對于線路繞擊率有著很明顯的影數學模型目標及分析。根據分析上文關于輸電線路防雷擊的問題，我們可以通過進行數學模型的建立，進行對輸電線路避雷器的工作方式的理論計算并分析，結合實際工作經驗，對輸電線路避雷器的設計與具體安裝做調整，從而達到以下目標：

（1）對于不同安裝方式的輸電線路避雷針進行建模計算，并且按照桿塔的輸電線路和接地電阻的耐雷水平計算，以確定輸電線路的避雷器安裝的方式和型號等等。

（2）在試驗室中，針對避雷器間隙的大小以及型號不同的間隙形式避雷器，對輸電線路避雷器，整體做出50%的雷擊放電試驗，對避雷器間隙大小的，給輸電線路安裝合適的避雷器提出合理的指導建議。

（3）通過上述的計算情況，根據實際工作情況對掛網運行線路避雷器在室內進行電氣試驗，確定好線路在運行后的電氣變化情況，方便對以后避雷器安裝提供建議。

三、分析220kV高壓輸電線路防雷接地方法

1、輸電線路的傳輸路徑進行合理選擇

根據調查可以發現，輸電線路遭遇雷擊大部分集中于線路的某些比較復雜的環境地段。也就我們經常說的易擊區或選擇性雷區，假如輸電線路可以避開雷區，或者對易擊區輸電線路加強保護，是防雷的有效措施之一。例如說像順風的河谷以及山區風口和峽谷等地方的雷暴走廊，桿塔附近的水庫、池塘、森林樹木，地下導電礦等，這些都是雷電易擊區，在實際的施工過程中能夠提前對其進行考慮，從而采取有效的防雷措施。

2、對桿塔接地電阻降低

對桿塔接地電阻降低的技術是輸電線路采取防雷措施的手段之一，它是根據降低桿塔的接地電阻來對雷電流對輸電線路的沖擊減小，對輸電線路反擊耐雷水平進行提高。桿塔接地電阻降低時，降低整個回路的電阻，可以快速的降低雷擊塔頂時過電壓，進而可以對絕緣子承受的過電壓降低，使線路的耐雷水平提高，減少絕緣子的閃絡，可以對線路的跳閘率有效降低。

（1）桿塔接地電阻標準

使桿塔接地電阻減小是預防桿塔遭受雷擊的有效方式之一，桿塔的電阻和土壤的導電率有關，使桿塔的接地電阻與土壤的導電率降低是提高線路耐雷水平有效手段。在對有避雷線的輸電線路進行安裝時，每個桿塔在不連避雷線時的工頻接地電阻上的要求也不一樣，在干燥、雷季的季節，不要超過規定的數值，具體數值如下表表 4-1 所示：

2、降低桿塔接地電阻的措施

（1）最簡單的方法是水平外延接地。對于桿塔在較大的地方比較適用，有著可以進行水平放射的地方。水平放射施工費用比較經濟，同時還不對環境造成污染，能夠有效的降低沖擊接地電阻與工頻接地電阻，使線路的

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