輸電線路防雷設計方法研究

作者/厲剛、葛濤，國網山東省電力公司微山縣供電公司

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輸電線路防雷設計方法研究

作者/厲剛、葛濤，國網山東省電力公司微山縣供電公司

文章摘要：輸電線路多架設在野外或崇山峻嶺之上，很容易受到雷擊。輸電線路在受到雷擊后，會受到巨大的過電壓和電流沖擊，從而造成線路跳閘、絕緣子串閃絡、導線斷線、避雷線斷線等，導致停運故障甚至造成大面積停電事故。本文闡述了輸電線路雷擊放電原理，介紹了雷擊的形成和發展過程，并有針對性地提出了防雷措施來提高輸電線路防雷性能。

關鍵詞：輸電線路；防雷設計；方法研究

引言

近年來，我國的氣候環境變化異常，雷電活動日益頻繁，但是隨著電網新增速度的加快，輸電線路雷擊事故呈現逐年上升的趨勢，著已經成為了除了自然災害外危害電網安全的最大因素。現在的研究表明，在不同時間、不同地域，由于雷電活動特征存在著較大的差異，雷電對輸電線路造成的影響也是不同的，輸電線路呈現出的防雷性能相應的也有所不同。所以，采用有針對性、有差異的反應雷電活動特征的雷電參數，對于準確地評估出輸電線路防雷性能有著重要的意義和實用性。針對上述問題，本文提出了一種輸電線路防雷性能差異評估方法，基于長期監測獲取的雷電定位系統數據，以輸電線路真實發生的雷電參數統計結果來進行防雷性能分析，從而全面的反應輸電線路防雷性能的差異性。

1.輸電線路雷擊過程

云層積聚了大量的電荷形成雷云，當一點積聚的電荷過多，他附近的電場在達到25～30kv/cm是，空氣就會游離，是這一部位的絕緣狀態變為導電性的通道。當輸電線路遭到雷擊后，會產生沖擊波，沿輸電線傳輸，在輸電線的周圍產生可以瞬變的高壓電場。當雷電流超過輸電線路的耐雷水平時，就會導致一次雷閃，只有當沿擊穿通道流過的工頻短路電流的電弧持續燃燒，引起相間短路線路才會跳閘停電。

輸電線路遭到雷擊后，通過自動重合閘裝置來消除工頻續流后繼續運行，只有遇到自動重合閘無法消除的線路故障時才會退出運行。采用哪種方式來解決輸電線路防雷擊主要是由電力運行部門對雷害事故的考核方式來決定的。所以，在我國由于考核方式的不同，采取的防雷措施出發點是盡量不讓輸電線路遭受到雷擊，也就是采用“阻塞型”防雷措施，雖然，自動重合閘裝置可以排除一部分閃絡事故，但是輸電線路絕緣子表面在工頻電弧的作用下還會發生燒灼。這就需要每次雷擊后派線路工來防護燒損的絕緣子。而國外采用的是“疏導型”方法，就是運行輸電線路在被雷擊后可以通過自動重合閘排除閃絡故障，由于其將工頻電弧引導到與絕緣子并聯的保護間隙處燃燒，所以不用在雷擊后對絕緣子進行檢查修復。

2.輸電線路防雷設計

在確定輸電線路的防雷方式是，要充分考慮輸電線路的重要程度、線路經過地區雷電活動的強弱、系統運行方式、土壤電阻率的高低、地形地貌特征等條件，結合輸電線路的運行經驗，進行全變的技術比較，確定出合理的保護措施。

■2.1選擇合理的輸電線路路徑

輸電線路遭受雷擊往往是基礎比較固定的路段，這種現象被稱為選擇性雷擊區或易擊區。如果能夠避開這些雷擊區或對其加強防護，這就是從根本上防止輸電線路遭受雷擊。下列路段為易擊區：

（1）地下水位較高處或有導電性礦的地面；

（2）如順風以及山區風口的峽谷和河谷等雷暴走廊處；

（3）土壤電阻差別不大時，如有良好的植被和土層的山丘，突出的山頂和山的向陽坡等；

（4）四周為山丘的潮濕盆地，如魚塘、水庫、沼澤地、蜿蜒起伏的山丘等；

（5）有土壤電阻率突變的地帶。

■2.2采取絕緣避雷線防雷

輸電線路的避雷線除了防雷外，還有實現載波通信、減小潛供電流等作用，避雷線有兩種懸掛方式，一種是經過絕緣子與鐵塔相連，另一種是直接懸掛在鐵塔上。由于避雷線到各相導線的距離實不相等的，所以它們之間的互感是有差別的，所以在避雷線上仍然要感應出一個縱電動勢。對于220kv長200～300km的線路，附加電能損失每年大約可以達到幾十萬度，而對于500kv長300～400km的線路，每年大約損失數百萬度。所以，在我國一般采用絕緣避雷線來設計超高壓線路以減少能耗。但是，在雷擊狀態下，避雷線的絕緣在雷電先驅放階段即被擊穿而使避雷線呈接地狀態，所以不會影響防雷效果。

■2.3采用桿塔接地技術

降低桿塔接地電阻的功能相當于疏通電流入地的通道。在雷電流的作用下，接地裝置存在火花效應和電感效應，火花效應使阻抗降低，電感效應使阻抗增加。降低桿塔接地電阻就要降低沖擊接地電阻，降低桿塔沖擊接地電阻可以有效的改善500kv以下的輸電線路的防雷性能，一般可以采用將桿塔的工頻接地電阻乘以一個估算的沖擊系數來得到沖擊接地電阻。采用模型試驗的方法可以對不同桿塔接地裝置的沖擊特性進行測試 , 最終得出其沖擊系數的計算公式。另外，可以采用膨潤土等降阻劑能有效改善接地裝置沖擊特性，目前在我國桿塔接地方面。最為缺乏的是對實際接地裝置沖擊特性的研究。

■2.4安裝線路避雷器

將線路避雷器與絕緣子串聯并不能夠限制輸電線路桿塔電位，當雷擊塔頂或避雷線時，一部分電流通過避雷器流入相導線，相導線電位升高，絕緣子串兩端的電位降低，不會發生閃絡。線路避雷器可以達到100%防止被保護線路雷擊的效果，需要在易擊部分每個桿塔上安裝避雷器來消除輸電線路雷擊閃絡，輸電線路避雷器的內部要采取全固體結構，有利于消除避雷器內部因為受潮進而導致故障的可能性，這樣可以實現免維護。

3.結束語

在進行輸電線路防雷設計時，應該建立可以充分反映輸電線路雷電暫時特性的全程過程分析方法。建立絕緣子的非標準波閃絡特性模型、接地裝置的時頻特性模型、線路桿塔的非均勻傳輸線精細模型、導線沖擊電暈模型及雷電放電通道在導線上的感應過電壓分析模型。

防雷分析及防雷措施的選擇實行一項和復雜的工作，所以應結合桿塔的地形特性、雷電參數的地域特性，綜合評估線路的防雷特性和防雷措施，要因地制宜提出不同區域輸電線路的防雷措施。

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