220kV架空線路雷害分析和防治對策

李奉雷

（湖南科鑫電力設計有限公司 湖南長沙 410007）

220kV架空線路雷害分析和防治對策

李奉雷

（湖南科鑫電力設計有限公司 湖南長沙 410007）

在220kV架空線路運行中，雷害事故占據所有事故很大的比例，對供電的正常和安全產生嚴重的威脅。因而，必須加強對220kV架空線路雷害分析，并且找到有效的解決措施避免220kV架空線路受到雷害的影響，保證電力系統的正常運行。本文主要闡述了220kV架空線路防雷工作的重要性，并且闡述了220kV架空線路幾點防雷措施。

220kV；架空線路；雷害；防治；避雷

引言

220kV架空線路是電力系統的重要組成部分，因為220kV架空線路是暴露在自然環境中的，因而非常容易受到外界各種因素的影響，其中一個重要的影響因素就是雷擊。220kV架空線路通常需要經過高山、丘陵以及曠野等，因而遭受雷害的風險非常大，必須采取有效的措施避免220kV架空線路受到雷害影響。

1 雷電對220kV架空線路的危害

1.1 雷電的形成與特點

雷電是一種壯觀和復雜的大氣電現象，常伴有強烈的陣風和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷風。它是雷暴天氣的最基本特征之一。同時，雷電活動與電力系統、電訊通信、交通運輸、森林保護及人們的日常生活密切相關。

1.2 雷電過電壓的種類

雷電過電壓分成感應雷過電壓和直擊雷過電壓。雷擊導線水平距離65m以外的大地時，由于空間電磁場的急劇變化，在導線上感應出的過電壓，稱為感應雷過電壓（見圖1）。雷直擊輸電線路桿塔，避雷線，導線，產生的過電壓稱為直擊雷過電壓。根據雷擊線路部位的不同，還可以將直接雷過電壓分成以下兩種：①當雷電擊中線路的桿塔或者是避雷線時，雷電流通過雷擊點阻抗使該點對地電位大大升高，當雷擊點與導線之間的電位差超過絕緣的沖擊放電電壓時，會對導線發生閃絡，使導線出現過電壓。因為桿塔或避雷線的電位（絕緣值）高于導線，故通常稱為反擊。②雷電直接擊中導線（無避雷線時）或繞過避雷線（屏蔽失效）擊于導線，直接在導線上引起過電壓。后者通常稱之為繞擊。

圖1 感應雷過電壓

1.3 雷電對220kV架空線路的危害

近年來，雷擊一直是220kV架空線路發生跳閘故障的首要原因之一（見圖2），然而，由于雷電活動規律及線路防雷問題的復雜性，線路防雷工作仍然十分艱巨。如圖2為全省110kV及以上線路跳閘分類。220kV架空線路受到直接雷擊或線路附近落雷時，導線上會因電磁感應而產生過電壓，即大氣過電壓（外過電壓）。這個電壓往往高出線路相電壓的2倍及以上，使線路絕緣遭受破壞而引起事故。當雷擊線路時，巨大的雷電流在線路對地阻抗上產生很高的電位差，從而導致線路絕緣閃絡。雷擊不但危害線路本身的安全，而且雷電會沿導線迅速傳到變電站，防雷措施不良，則會造成站內設備嚴重損壞。主要表現在以下兩個方面：①引起線路跳閘，影響正常供電。引起絕緣子閃絡，導線對地短路，工頻續流沿放電通道放電，在形成穩定燃燒的電弧后，則繼電保護裝置將使斷路器跳閘，影響正常送電。②雷電波侵入變電站。侵入變電站，經復雜的折反射后，造成電氣設備過電壓，危及設備絕緣，造成事故。

圖2 2009年全省110kV及以上線路跳閘分類

2 220kV架空線路防雷工作的重要性和線路防雷設計原則

2.1 220kV架空線路防雷工作的重要性

220kV架空線路往往延綿上百里，沿途經過各種地形和氣候區域，一年四季暴露在大自然環境中，極易受到各種惡劣氣候的侵襲，特別是遭受雷擊非常頻繁。其重要性體現在以下三個方面：①220kV架空線路具有較長的長度，并且都是暴露在曠野中的，因而很容易受到雷電的危害；②雷電擊中線路之后會導致絕緣子閃絡，從而產生跳閘的現象，進而導致供電中斷；③雷電擊中線路會產生過電壓，過電壓會沿著線路傳播從而對變電所和發電廠造成危害，最終導致變電站雷害事故。

2.2 線路防雷設計的選定原則

在進行線路防雷設計的選擇中，需要按照以下兩個原則進行：①提高耐雷水平，降低雷擊跳閘率，既避免線路因雷擊而頻繁跳閘，又不使線路防雷投資過于增加。②線路具體的防雷措施應根據電壓等級、負荷性質、系統運行方式、雷電活動強弱、地形地貌和土壤電阻率等條件，結合運行經驗，通過技術經濟比較后合理選定。

3 220kV架空線路防雷措施

3.1 架設避雷線

避雷線是高壓和超高壓輸電線路最基本的防雷措施，220kV宜全線架設雙避雷線；桿塔上兩根避雷線間的距離不應超過導線與避雷線間垂直距離的5倍；避雷線可采用小間隙對地絕緣，以降低正常工作時避雷線中電流引起的附加損耗，同時可將避雷線兼作通信用。

3.2 降低桿塔接地電阻

將線路桿塔的接地電阻降低，可以降低塔頂端電壓，這樣可以使得反擊的產生幾率變低（見表1）。一般來說，桿塔的工頻接地電阻是10～30Ω。對于220kV的桿塔，如果高度是25.6m，采用的是雙避雷線，絕緣子按照13片XP-4.5計算，桿塔接地電阻取7Ω，根據相關公式和規法可得知：

表1 220kV線路耐雷水平與桿塔接地電阻的關系

如果接地電阻發生了一定的改變，那么桿塔的耐雷水平也會產生相應的變化，見表2。根據表1和表2可以看出，如果接地電阻降低，那么線路耐雷水平就會增加，雷擊跳閘率就會相應的降低。比如220kV線路接地電阻從10Ω電阻降低到5Ω，雷擊跳閘率可降低四十七點三個百分點。

表2 接地電阻對220kV線路桿塔耐雷水平及線路雷擊跳閘率的影響

3.3 架設耦合地線

對于220kV架空線路進行耦合地線的架設可以具有以下兩個方面的作用：①可以對接地電阻進行降低，根據相關經驗可以得知該方法是降低高土壤電阻率地區桿塔接地電阻的有效措施之一。②可以作為一部分的架空地線，這樣不僅能夠可以為避雷線分流，還能夠起到避雷線的耦合作用。根據相關經驗，在一個容易發生雷擊的桿塔地區進行耦合地線的架設之后，十年來只發生過一起雷擊事故，顯著提高了線路的耐雷水平。

3.4 采用不平衡絕緣方式

在現代高壓及超高壓線路上，同桿架設的雙回路線路日益增多，對此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時，可考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時跳閘率，以保障線路的連續供電。不平衡絕緣的原則是使雙回路的絕緣子串片數有差異，這樣，雷擊時絕緣子串片數少的回路先閃絡，閃絡后的導線相當于地線，增加了對另一回路導線的耦合作用，提高了線路的耐雷水平使之不發生閃絡，保障了另一回路的連續供電。兩回路的絕緣子串片數有一定差異，差異宜為相電壓峰值的倍。作為一種補救措施，具有一定的分流作用和增大導地線之間的耦合系數，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。

3.5 裝設自動重合閘和避雷器

雷擊造成的閃絡大多能在跳閘后自動恢復絕緣性能，因此重合閘的成功率較高。我國110kV及以上高壓線路成功率為75～90%；35kV及以下線路約為50～80%。裝設管式避雷器和排氣式避雷器，管式避雷器僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點的防雷保護。它能免除線路絕緣的沖擊閃絡，并使建弧率降為零。一般在線路交叉處和高桿塔上裝設排氣式避雷器以限制過電壓。

3.6 加強絕緣

增加絕緣子串中的片數，對于高桿塔采用增加絕緣子串片數的方法提高其防雷水平。全高超過40m的帶避雷線桿塔，每增加10m，增加一個絕緣子。還有改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等等，但有相當大的局限性。一般優先采用降低桿塔接地電阻的辦法來提高線路耐雷水平。

4 結語

綜上所述，220kV架空線路因其特點非常容易受到雷擊的危害。要想解決220kV架空線路雷害問題，必須根據實際情況，根據地區的不同，采取合理的防治對策。要認真做調查，對不同地區的地理以及氣象進行充分的了解，加強對線路耐雷水平的研究，采取一種或者多種防雷措施，保證220kV架空線路的安全，從而對電力系統的安全運行進行保證。

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TM863

A

1004-7344（2016）03-0033-02

2016-1-11

李奉雷（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事高壓電力線路建設工作。