輸電線路差異化防雷技術策略研究

摘要：一些地形比較復雜，土壤電阻率高，雷電活動十分頻繁，再加上輸電線路走廊的環境惡劣，造成輸電線路雷擊跳閘事故時有發生。為了更好地適應形勢發展需要，降低雷電災害造成的損失，應根據實際需求，采取差異化防雷技術，以提高輸電線路運行安全。為此，圍繞差異化防雷技術進行研究。結合項目實例，探討了差異化防雷技術的應用思路，并闡述多項防雷技術的實踐應用方法，旨在合理配置防雷措施，實現最優經濟效益與最低運維成本。

關鍵詞：輸電線[A2]"路 差異化防雷技術 劃分雷電風險 繞擊防治

Research on Differentiated Lightning Protection Technology Strategy for Transmission Lines

XIONG Meng

Yunnan Power Grid Co.， Ltd. Xishuangbanna Power Supply Bureau， Jinghong， Yunnan Province， 666100 China

Abstract： Some terrains are complex， with high soil resistivity and frequent lightning activity， coupled with the harsh environment of transmission line corridors， resulting in frequent lightning tripping accidents of transmission lines. In order to better adapt to the development needs of the situation and reduce the losses caused by lightning disasters， differentiated lightning protection technologies should be adopted according to actual needs to improve the operational safety of transmission lines. Therefore， research is conducted around differentiated lightning protection technology. Based on project examples， this paper explores the application ideas of differentiated lightning protection technology， and elaborates on the practical application methods of multiple lightning protection technologies， aiming to reasonably configure lightning protection measures， achieve optimal economic benefits and minimum operation and maintenance costs.

Key Words： Transmission lines; Differentiated lightning protection technology; Classify lightning risks; Circumcision prevention and control

輸電線路本身具備距離長、分布范圍廣、地處曠野的鮮明特征，易遭受雷電打擊，頻頻發生線路燒毀、大范圍停電事件，造成嚴重經濟損失。早期電網工程采取單一防雷技術手段，實際防護效果不理想。為此，應結合輸電線路的運行特征與實際防雷需求，制[ 3]"訂完善的防雷方案，提高供電的可靠性與經濟性。

1 項目概況

110 kV鄉龍線隸屬于西雙版納供電局，于2022[ 5]"年6月13日投入運行。該輸電線路起始點分別為220 KV傣鄉變電站和110 kV勐龍變電站，線路全長為46.420 km，采取單雙回路混合架設方式，沿途分布105座鐵塔。根據項目投運情況來看，在2022年，線路落雷次數平均占比約為過去10年總體落雷次數的10.5%，處于平均正常水平；100 kV鄉龍線N6、N52、N47等少數桿塔落雷數量在過去10年中的占比在9.09%～[A6]"9.86%不等，略低于平均正常水平。考慮到線路沿途各桿塔的雷電規律有著細微差別，統一雷電防護方案并不適用，為兼顧運維成本和滿足雷電防護需求，本項目最終采取差異化防雷技術，對現有防雷方案進行優化調整，在落雷次數相對較多、反擊風險等級較高的桿塔上加裝避雷器。

2 輸電線路差異化防雷技術的應用思路

2.1劃分雷電風險

差異化防雷技術以按需防護為基礎，根據所掌握信息，客觀評估各條線路和沿途桿塔的雷電風險等級，再根據風險等級來確定防護力度、選擇防護措施，以最大限度發揮防雷裝置功能效用^[1]。因此，工作人員必須劃分雷電風險，根據線路雷擊跳閘率與地面傾角來評估風險等級，把線路走廊兩側1 km范圍作為地面傾角計算范圍，沿線每隔50 m獲取傾角平均值。

在本項目，根據計算結果得知，110 kV鄉龍線N47與N52號桿塔跳閘率相對較高，N6號桿塔跳閘率相對較低。把全部桿塔的繞擊、反擊風險等級劃分為I、II、III、IV四個級別，以平均雷擊跳閘率的50%、100%和150%作為分級點，最終把II、IV級桿塔列為防雷改造目標。針對輸電線路沿途反擊風險等級為III級與IV級、繞擊風險為IV級的桿塔，加裝氧化鋅避雷器；對于沿途反擊風險為IV級、繞擊風險為III級和IV級的桿塔，加裝避雷器；對于沿途反擊風險為III級與IV級、繞擊風險為III級的桿塔，同樣加裝避雷器。

2.2差異化制訂防雷改造方案

差異化防雷技術與傳統防雷技術的核心區別在于：前者制[ 8]"訂面向單條線路乃至單座桿塔的防雷方案，后者強調把整段輸電線路防雷標準用統一化設計。為充分發揮差異化防雷技術價值，必須遵循從實際出發原則，全面掌握輸電線路的雷電規律和防雷需求，制[ 9]"訂多套防雷改造方案，以單條線路、單段線路或單座桿塔作為改造對象^[2]。

本項目對110 kV鄉龍線單回路輸電線路進行重點改造，以雷害風險等級和篩選條件作為差異化防雷技術的應用依據，以加裝氧化鋅避雷器、降低接地電阻作為具體防雷措施，各套方案中的防雷裝置種類、安裝數量與安裝位置有所不同。對于實測接地電阻不合格的桿塔，以降低接地電阻作為防雷措施，加裝接地裝置；對于反擊風險為III級和IV級的桿塔，以加裝氧化鋅避雷器作為防雷措施，線路三相各安裝一支避雷器；對于繞擊風險為III級與IV級的桿塔，以地處山頂、地面傾角超過30°作為篩選條件，均以加裝氧化鋅避雷器作為防雷措施，分別采取兩邊相各一支、下坡側相安裝一支的安裝方式。

2.3并舉多項防雷技術措施

輸電線路所處運行環境較為復雜。為強化總體防雷保護效果，間接強化輸電線路環境適應能力，在差異化防雷技術落地應用期間，應盡量并舉采取多項防雷手段，常見措施包括優化絕緣配置、降低接地電阻、加裝避雷器等。其中，優化絕緣配置是增加線路絕緣子片數量，用于強化輸電線路承受雷電壓能力；降低接地電阻是使用單根或多根接地體對線路桿塔進行接地處理，從而降低工頻接地電阻，根據土壤電阻率來控制接地電阻水平，例如：在土壤電阻率為100～[A10]"500 Ω·m時，要求線路桿塔在雷擊干燥時的工頻接地電阻值不超過15 Ω；加裝避雷器是在輸電線路沿途加裝多臺避雷器，根據安裝位置和款式，避雷器分為線路避雷器、塔頂避雷針和側向避雷針，分別起到引導雷電流分流、強化桿塔引雷能力和增強桿塔對周邊導線雷電屏蔽能力的作用^[3]。

3 輸電線路差異化防雷技術的應用策略

3.1繞擊防治

繞擊防治是一項規避繞擊雷電風險的防雷技術，以負角保護針、防繞擊避雷針、雷電接閃器與可控放電避雷針作為防護內容，防雷原理和應用方法有所不同。

3.1.1負角保護針

負角保護針是一種特殊的側向避雷針，以輸電線路桿塔導線橫擔上部作為安裝位置，通過引導周邊電場出現激變現象，把部分輸電線路繞擊雷電流轉變為反擊雷。由于輸電線路的反擊耐雷水平遠超繞擊耐雷水平，因此，當其承受一定規模反擊雷時，基本不會出現跳閘、燒毀情況。

當前主要選用圓鋼來制作負角保護針，保護針長度在2.5～[A11]"2.8 m不等，把針頭修整為尖錐狀，以單回耐張桿塔跳線串上側、同塔雙回輸電桿塔與單回直線桿塔的上方橫擔輸電線掛點上側作為安裝位置，必須確保負角保護針、水平面夾角保持在30°～[A12]"35 °區間。

3.1.2防繞擊避雷針

防雷原理和負角保護針較為相似，均通過引導繞擊雷轉變為反擊雷來獲得防雷效果，即在輸電線路保護地線上加裝水平短針，把部分原本應繞擊導線的雷電流引至桿塔、地線部位。具體方式是在地線與地線橫擔上部安裝多根水平短針，主針長度控制在0.5 m左右^[4]。正常情況下，要求在兩側地線距線路桿塔15 m與30 m位置各安裝1根水平短針，如果桿塔采取雙地線模式，則在兩側地線上總計安裝8根水平短針。

3.1.3雷電接閃器

雷電接閃器本身具備引雷功能，本體為感抗元件，負責發揮削波效果，可以削減30%以上的雷電流波峰。對于110 kV輸電線路，所配備雷電接閃器重量約為9 kg，以桿塔最頂部作為安裝位置，安裝1～[A13]"2支雷電接閃器。

3.1.4可控放電避雷針

可控放電避雷針作為防直擊雷保護裝置，由儲能部件與動態環控制針頭電場組成。閃電擊打線路前，其利用向上先導作用來預防上行雷閃問題出現，預防雷電繞擊線路故障出現。

3.2改善接地電阻

改善接地電阻措施是以降低線路桿塔接地電阻值作為技術思路，用于預防線路反擊跳閘問題發生。目前，主要通過增設更多接地射線裝置或延長現有接地射線的方式來改善桿塔接地電阻情況。選用圓鋼制作接地射線，單座線路桿塔接地射線數量從4根調整到8根，接地射線長度從50 m延長到80～[A14]"100 m。此外，也可以采取增加接地模塊、深埋接地、換土法等其他防雷措施，具體要根據輸電線路防雷情況、所處環境條件來決定。

3.2.1增加接地模塊

面向降阻改造困難的輸電線路，利用石墨材質接地模塊來取代接地射線，桿塔四周埋設多組石墨接地模塊，按照桿塔實際情況來控制接地模塊數量。桿塔施工期間，重復多次測量接地電阻值，逐步埋設更多接地模塊，直到接地電阻值完全滿足技術要求。

3.2.2深埋接地

對于地處巖石地床的線路桿塔，采取深埋接地方式，提前在桿塔基礎結構內部埋設角鐵樁，根據現場情況來控制角鐵樁的規格、數量，圓鋼和角鐵樁相互連接，最終接入桿塔接地網內^[5]。

3.2.3換土法

對于天然土壤電阻率過高，或石頭山等特殊地段架設的線路桿塔，直接置換土壤，通過降低土壤電阻率來控制工頻接地電阻。桿塔周邊開挖溝槽，回填電阻值偏低的土壤，敷設永久接地體，繼續回填夯實土壤。

3.3增強線路絕緣性能

輸電線路本身絕緣能力是決定防雷效果的一項重要因素，線路絕緣能力越強，線路絕緣子串雷電閃絡電壓越高，進而起到提升線路耐雷水平與降低跳閘概率的顯著作用。因此，要增強絕緣性能，綜合分析輸電線路投運使用年限、配套裝置老化程度、建成年限等因素，制訂差異化防雷方案。例如：針對投運年限較長、常年維持較高跳閘率的輸電線路，沿線抽檢絕緣子串使用情況，更換老化嚴重、性能下滑明顯的絕緣子串；針對新建電網工程，輸電線路設計標準應高于早期輸電線路，配備新型絕緣子串，酌情增加絕緣子串片數，例如：在選用瓷質絕緣子串的情況下，要求直線桿塔絕緣子串片數保持在15片及以上，耐張桿塔絕緣子串片數則保持在16片及以上；針對當前處于帶電運行狀態、投運年限較短的輸電線路，前往現場核對檢查是否滿足弧垂要求和風偏規定，耐張桿塔絕緣子數量保持不變，在直線桿塔上加裝1～[A15]"2片絕緣子。此外，在絕緣子串更換期間，如果選用新推出的合成絕緣子，那么，考慮到合成絕緣子干弧距離略短于同等串長盤式絕緣子，必須調整絕緣子串尺寸，在常規尺寸上，增加10%～15%不等的尺寸。

4 結語

[ 16]"綜上所述，為保證輸電線路安全、平穩運行，最大限度強化防雷保護性能，應把雷電流打擊對輸電線路運行狀況造成的影響程度控制在不危及輸電安全水準。電網公司與工作人員都應樹立差異化防雷意識，以按需制[A17]"訂專項防雷保護方案、并舉多項防雷技術措施作為輸電線路防雷改造準則，及早掌握各項防雷技術的應用方法，推廣差異化防雷技術的實施范圍。

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