特高压输电线路的防雷性能分析

特高压输电线路的防雷性能分析

张宇翔

（甘肃送变电工程有限公司甘肃兰州730070）

摘要：伴随输电线路电压等级的提高，在输电线路跳闸原因中，雷击原因的比例也相应提高。与高压、超高压输电线路相比，特高压输电线路由于电压等级更高、杆塔更高、输送距离更远，引雷面积更大自然更容易遭受雷击。因此研究探讨特高压输电线路综合防雷技术，对我国特高压电网的建设与发展有着重要的意义和作用。本文对特高压输电线路的防雷性能分析进行了探讨。

关键词：特高压；输电线路；防雷性能；措施

对于特高压输电线路而言，要想实现持续、稳定、安全运行，就不能寄希望于一种防雷技术，反而应当结合特高压输电线路位处不同地区的不同情况，有针对性地同时应用数种防雷技术来提升综合防雷水平，尽可能减少雷击跳闸发生几率，确保特高压输电线路的安全稳定运行。

1高压线路的引雷特性

1.1避雷线的引雷特性。

在空气中大面积雷云的电荷下行的激励下，距离大地表面较近的雷云电荷就会沿避雷线以及杆塔两侧聚集到档距中央的避雷线上。因为两侧杆塔的高度要比档距中央的避雷线高出很多，雷云电荷下行先导就会很可能把两侧杆塔及档距中央的避雷线等多个部位上大地表面的雷云感应电荷激励出来，结果就使得在档距中央避雷线上雷云感应电荷积聚相对较少。这也就说明了档距中央避雷线的引雷特性比起两侧的杆塔相对较弱，尤其是档距越大，档距中央避雷线的引雷特性越弱，故可设计档距中央避雷线的防雷保护角（α1）小于避雷针的防雷保护角，取α1≤25°。

1.2杆塔的引雷特性。

当杆塔顶部迎面先导之间的空气间隙与雷云电荷下行先导达到雷云电荷下行先导电位所能够接受的击穿值时，雷击杆塔的现象就会有可能发生。由于沿杆塔积聚到杆塔顶部的雷云感应电荷占绝大部分，杆塔顶部的引雷特性最强，雷电的击杆率达80%～95%，故可设计杆塔顶部的防雷保护角（α2）与避雷针防雷保护角相等，取α2≤45°。

1.3导线的引雷特性。

架空输电线路的导线采用的绝缘方法是绝缘子串，导线与大地表面并没有电气连接，这样导线就没有办法收集大地表面的雷云感应电荷，所以在架空线路的导线上不具备上述利用大地表面的雷云感应电荷产生迎面先导的引雷特性。但是，导线本身的高电压会使得导线四周产生一个由特高压导线最小对地空气间隙距离为半径所构成的等效绝缘截面，当雷云电荷下行先导与该等效绝缘截面（不是导线）之间的空气间隙达到雷云电荷下行先导电位的击穿值时，雷电将有可能绕击导线。

2特高压输电线路的防雷技术措施

2.1架设地线

架设地线能最大限度的防止雷击导线，有效分流雷击塔顶时的雷电流使塔顶电位降低，能有效降低塔头绝缘子串和空气间隙上的电压。雷击跳闸率与地线的架设根数、架设距离及地线与导线的保护角关系较大。

关于地线的架设根数，根据相关规范和国内外的运行经验，各级电压的输电线路应采用的保护方式：其中110kV输电线路宜沿全线架设地线，在年平均雷暴日数不超过15或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设地线。无地线的输电线路，宜在变电所或发电厂的进线段架设1～2km地线。220～330kV输电线路应沿全线架设地线，年平均雷暴日数不超过15的地区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可架设单地线，山区宜架设双地线。500～750kV输电线路应沿全线架设双地线。关于架设距离：规定杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。

根据运行经验对于多雷区和山区的送电线路，减少地线与导线的保护角，可以非常有效的降低雷击跳闸率。而运行经验表明，高杆塔输电线路雷击跳闸主要是绕击雷引起的，而小的保护角对绕击雷有很好的防范作用。因此，采用小的保护角、零保护角甚至负保护角尤其是对双回路塔和高杆塔是减少雷击跳闸的有效措施。

对同塔双回路采用较单回路小的保护角，往往山区发生雷电绕击的几率更大，在进行输电线路设计时，对于山区线路保护角的选取，应该考虑到地面倾斜角对发生雷电绕击的影响。对于山坡上的输电线路杆塔，大地倾斜角会使实际保护角增大，更容易发生雷电绕击。而采用负保护角的方法可以有效地防止高压输电线路发生绕击事故。

2.2降低杆塔的接地电阻

对于一般高度的杆塔，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的既经济又有效的措施之一。因为雷电的电流强度具有以下特点：电流幅值小的雷电流出现的几率大，而大幅值的雷电出现的几率比较小，所以输电线路杆塔的接地电阻的作用会更加明显。在土壤电阻率低的地区，可以充分利用铁塔、钢筋混凝土的自然接地电阻，在高土壤电阻率的地区，用一般方法难于降低接地电阻时，可以采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体；或者采用某种有效的接地降阻剂降低接地电阻值。

2.3提高线路的绝缘配置

根据输电线路外绝缘设计原则，绝缘子串选择应同时满足工作电压，内部过电压和雷电过电压三方面要求，一般不按雷电过电压的要求来选择绝缘子串的绝缘强度，而是根据污秽条件下的工作性能选定绝缘子片数，再校核操作过电压及雷电过电压。除个别高塔、大跨越外一般不将雷电过电压作为选择绝缘子片数的决定条件，仅作为线路耐雷水平校验。

但是在多雷区或对于已经建成的线路，可以通过改善绝缘来提高线路的耐雷水平。是增加绝缘子的片数（增加绝缘子串长度）进而提高放电电压。实验表明，增加线路的绝缘子串长度可以提高放电电压，可以提高雷电击中杆塔顶部的耐雷水平以及减小绕击雷是引起雷击跳闸。

2.4安装可控放电避雷针

可控放电避雷针相对于传统的避雷针来讲，该种避雷针不等雷电场强增加到一定的程度就能够提前放电，保护半径更大，降低了每次接闪时的雷电流脉冲强度，减少了雷电感应引起的二次效应，更为安全。雷云对地面物体放电有上行雷闪和下行雷闪2种方式。一般来说，下行雷闪时，先导自上而下发展，主放电过程发生在地面（或地面物体）附近，所以电荷供应充分，放电过程来得迅速，造成雷电流幅值大，陡度高；上行雷闪，一般没有自上而下的主放电，它的放电电流由不断向上发展的先导过程产生，即使有主放电因雷云向主入电通道供应电荷困难，所以放电电流幅值小，且陡度低。上行雷闪不仅雷击电流幅值小陡度低而且不绕击，这是因为上行雷闪先导是自下而上发展，该先导或者直接进入雷云电荷中心，或者拦截自雷云向下发展的先导，这样中和雷云电荷的反应在上空进行，自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪还有另外一个特点是上行先导对地面物体还具有屏蔽作用，可减轻放电时在地面物体上的感应过电压。可控放电避雷针正是利用了上行雷闪的这些特点，使其能可靠地引发上行雷闪放电，从而达到中和雷云电荷，保护各类被保护对象的目的。

根据传统的输电线路防雷理论，可以在输电线路杆塔的顶部安装可控放电避雷针。重力会使线路产生弧垂，这样线路中间的保护角就会比靠近杆塔处的保护角要小。又由于杆塔的垂直位置相对较高，在靠近杆塔的地方更容易产生雷绕击。一旦避雷针安装在杆塔上，杆塔附近的雷就会被避雷针释放掉，从而降低了绕击发生的可能性。但是避雷器安装后杆塔的落雷率会增大，从而绕击减少、反击增加。

综上所述，特高压输电线路防雷除了减小地线保护角，还应采取综合防雷措施，因为特高压输电线路运行时间、数据相对不足，应结合实际线路情况采取差异化防雷策略才能有效保障线路安全运行。

参考文献：

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