500kV輸電線路防雷措施的研究與分析

劉乾承　黃偉超　李巖　孫盛華　孫詩銘

摘 要：在提高電能輸送質量和輸送距離的同時，500kV超高壓輸電技術因電壓等級的提高、配備巨大桿塔和超長輸電線等，使得其遭受雷擊繞擊的幾率隨之增加。而500kV輸電線路防雷保護的配置，需要結合所在地區的地形及當地雷電活動參數等因素，這給防雷保護工作帶來新的挑戰，故本文將就此展開探討。

關鍵詞：500kV輸電線路；超高壓；耐雷水平；防雷措施

中圖分類號：TM863 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0167-02

由于我國經濟中心分布于平原及自然的地理因素，部分500kV輸電線路不可避免的架設于高山、曠野等處，非常容易遭受雷擊。統計顯示，500kV輸電線路跳閘事故中40%～70%是由雷擊引起的，雷擊已經成為威脅500kV輸電線路安全運行的主要因素，故因地制宜采取適宜的防雷措施來提高500kV輸電線路耐雷水平就具有十分重要的現實意義。

1 500kV輸電線路防雷的主要措施

1.1 安裝避雷器

在線路上安裝避雷器可以有效強化雷電類的分流效果，從而降低雷擊時桿塔頂端的電位。近年來金屬氧化物避雷器不斷改良且制作成本持續下降，如清華大學和中能公司聯合研制的系列氧化鋅避雷器有效解決了以往氧化鋅避雷器存在的系統接地動作時給接地線路造成過高電壓損失、接地極施工不良時作用難以發揮、在極端惡劣環境下使用壽命大幅縮短、散熱性較差且安裝時間較長等缺陷（表1為該系列氧化鋅避雷器的主要技術參數），在我國500kV輸電線路防雷中得以廣泛應用。

1.2 加裝并聯保護間隙

通過在絕緣子兩端加裝一對并聯的金屬電極來構成并聯保護間隙，雷擊發生時并聯保護間隙的雷電沖擊電壓小于絕緣子串的放電電壓，讓持續的工頻電弧被引到電極頂端并借助電動力來吹散，從而達到防雷目的。需要注意的是，并聯保護間隙的加裝雖然能夠有效減少絕緣子的更換，但由于其放電電壓降低也會一定程度上降低500kV輸電線路的絕緣水平，如果要確保絕緣水平不變則必須使絕緣子的長度增加，這無疑會增加成本。

1.3 減小接地電阻

通過減小接地電阻來減小雷擊時桿塔頂端電位，也是500kV輸電線路防雷技術研究的一個熱點，現階段應用較廣的主要有如下五種方法：（1）接地體的深埋。將接地體深埋可以有效增加接地體在土壤中的散流面積，但該方式通常應用于桿塔所處土壤電阻率較低的情形，適用范圍有限；（2）接地體的水平外延。通過接地體的水平外延，在降低工頻接地電阻的同時有效降低雷擊時桿塔沖擊電阻，因此在條件允許時應盡量采取此種方式；（3）局部換土。當桿塔需要安裝在具有較高電阻率的土壤時，可以通過局部換土的方式來降低接地電阻；（4）自然接地體的使用。具有較低接地電阻的自然接地體（如鋼骨架）能夠降低桿塔電位，從而減少500kV輸電線路遭受雷擊的概率；（5）降阻劑的采用。當自然條件約束使上述四種方法都無法獲取良好效果時，可以使用降阻劑來改善土壤電阻率。

1.4 其他措施

第一，減小保護角。保護角的大小在一定程度上影響著避雷線對500kV輸電線路的屏蔽性能，這意味著在相同幅值雷電流雷擊的前提下，保護角的減小能夠降低500kV輸電線路暴露的范圍，進而使繞擊跳閘率降低。通常情況下，可以通過如下方法來減小保護角：在避雷線高度不變的基礎上增加絕緣子的片數，使導線掛點處高度降低；在導線高度不變的基礎上，提高避雷線高度；在確保避雷線和導線原有高度的基礎上，減小它們間的側線距離。

第二，500kV輸電線路絕緣水平的提高。通過對500kV輸電線路絕緣子的完善來提高絕緣水平（如更換新型絕緣子），可以有效提高500kV輸電線路的耐雷水平。

第三，避雷線的改造。在實際運行過程中，避雷線可能會發生過聯處燒斷引發跳閘故障，因此架空避雷線直接接地點可以在桿塔上單獨焊一個接地點，并且其連接的絕緣子放電間隙大小應根據實際情況來進行設計。

2 500kV輸電線路防雷的應用案例

2.1 故障基本情況

2017年9月3日，某500kV輸電線路C相故障，重合成功。故障前該輸電線路正常運行，負荷為38.8萬千瓦，故障電流為5.975kA。檢查后發現，故障點N116塔（塔型ZBC3，呼稱高33m，地處山區，海拔高度936m）C相絕緣子上下均壓環處均有放電燒傷痕跡，故障C相絕緣子采用FXBW-500/180型絕緣子，小號側N115塔采用FXBW-500/210型絕緣子，爬電距離13750mm；大號側N117塔采用U240B/170玻璃絕緣子，爬電距離40*400mm，跳串采用FXBW-500/100型絕緣子，爬電距離13750mm，符合設計污級要求。

根據專家研究，已采取如下措施：故障桿塔兩側地線采用非直接接地GJ-80鍍鋅鋼絞線。鐵塔接地型式采用方環加射線，實測接地電阻值為7.3Ω，接地電阻滿足設計要求。

2.2 故障原因分析及改進措施

該500kV輸電線路故障桿塔絕緣子表面和桿塔無鳥糞污染痕跡，周邊無易漂浮物，無發生鳥糞閃絡、異物短路閃絡因素；故障當日現場天氣為雷雨天氣，未發生霧霾天氣，不具備污閃環境及氣象特征；因風速較小，排除風偏放電。經對當地群眾進行走訪了解，線路故障時天氣為雷雨天氣，有明顯雷聲和閃電，且專業人員到達后雷雨天氣還持續進行。綜合考慮故障區段的地理特征、氣候特征，結合雷電定位系統、閃絡點痕跡等，排除線路發生其他故障的可能性。

根據雷電定位系統數據分析可知，故障區段線路周邊范圍1km內有7處雷電活動記錄，主要分布在N115-N118塔區段附近。根據地理信息分析，判斷為雷擊造成的跳閘。

故障點N116塔塔型為ZBC3，保護角為7.5°，桿塔高度39m。因該塔地處上山坡位置，接地電阻實測值為7.3Ω，線路避雷線設計保護角符合規程規定。根據故障點放電痕跡，分析此次放電通道為雷電繞過地線擊到導線上，通過導線端均壓環與鐵塔端均壓環放電，判斷為繞擊雷。之前該500kV輸電線路已采取一定防雷措施：該500kV輸電線路為雙架空地線，且保護角滿足要求；在雷雨季節前對桿塔接地電阻進行逐基測試，滿足運行要求。

綜上所述，判斷本次故障原因為繞擊雷造成閃絡。根據現場檢查實際情況，絕緣子、均壓環及導線燒傷痕跡不影響線路正常運行，暫不做處理。但是需要采取進一步措施，預防雷擊事故具體措施如下：鑒于該區段非雷害頻發區且雷害具有偶發性，故暫時不采取其它防雷措施；結合線路停電檢修機會，對故障相絕緣子金具進行更換；將故障區段列為雷電活動區，加強接地電阻、地線等防雷設施的檢測，對不符合要求的及時治理。

3 結語

研究表明，防雷措施對應的治理方向不同導致了各種防雷措施實施后得到了完全不同的防雷效果，并且傳統的粗放式防雷治理方案有時候不僅不能得到雷擊跳閘率的有效降低，反而會導致對桿塔大規模的二次改造，多次改造的結果是防雷成本的提高，防雷工程的延長，經濟損失和人力的耗費非常巨大。基于此，500kV輸電線路防雷措施的制定應根據實際情況（如線路走廊不同地形、線路的不同結構、雷電頻繁情況和絕緣配置、防雷計算方法的差別、防雷措施等的差異性），在合理評估后制定最優方案。

參考文獻

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