关于架空输电线路的防雷问题探析

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　　摘要：架空输电线路的防雷在电力系统中具有重要地位，如果防护措施不当，雷击的过电压波将会对电厂、变电站的电气设备造成损坏，严重威胁电力系统的安全稳定运行。基于此，笔者对输电线路的常见两种雷击电压--感应雷过电压和直击雷过电压进行了分析，并探讨了相关的防雷措施。
　　关键词：输电线路 防雷
　　
　　1 引言
　　架空输电线路的防雷在整个电力系统防雷中占有重要地位。由于输电线路长，地处旷野，因此极易遭受雷击。电力系统的雷电事故中，以线路的事故占大多数。雷击是造成线路跳闸的主要原因。同时，雷击线路时形成的雷电过电压波会沿线路侵入到发电厂和变电站，危及电气设备的安全。加强输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故的关键，因此对输电线路的防雷保护应给予充分的重视。
　　输电线路防雷性能的优劣主要用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。耐雷水平是指线路受到雷击时，线路所能耐受的不至于引起绝缘闪络的最大雷电流（kA）。耐雷水平越高，线路的防雷性能越好。雷击跳闸率是指折算到年雷暴日为40的情况下，每100km线路每年由于雷击引起的跳闸次数，它是衡量线路防雷性能的综合指标。
　　雷击架空输电线路有四种可能，分别是：雷击线路附近地面、雷击塔顶及雷击塔顶附近避雷线、雷击档距中央的避雷线、雷击导线（有避雷线时绕击导线）。根据过电压形成可将上述情况分为两类，即感应雷过电压和直击雷过电压。
　　
　　2 感应雷过电压
　　当雷击于输电线路附近的地面时，因雷电放电引起周围电场的急剧变化，在输电线路上由于静电感应和电磁感应会产生较高的电压，称为感应电压。感应过电压的幅值与雷电流幅值、导线离地面高度、雷击点距导线远近等因素有关。感应过电压的极性与雷电流的极性相反。实测表明，感应过电压幅值一般不超过500kV。对于100kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故；对于35kV及以下电压等级的线路则有可能引起闪络事故。由于感应过电压同时存在与三相导线上，相间没有电位差，只能引起对地闪络。如果两相或三相同时对地闪络时，才可能形成相间闪络事故。
　　当雷击与杆塔或线路附近的避雷线时，也会在线路上感应出过电压。
　　
　　3 直击雷过电压
　　直接雷过电压包括雷击塔顶（含塔顶附近的避雷线）以及雷击输电线两种情况。雷击塔顶或塔顶附近的避雷线，雷电流流过杆塔电感及杆塔接地电阻时会产生较大的电压降，使塔顶电位瞬时升高，由于雷击点的点位（绝对值）高于导线，造成绝缘子闪络放电，引起反击事故，造成线路跳闸，同时在线路上形成向线路两侧传播的过电压波，侵入发电厂、变电站。加强线路绝缘、降低杆塔接地电阻、增大导线与避雷线间的耦合系数等都可以提高线路的耐雷水平。
　　雷电直击击中导线（有避雷线时，雷绕过避雷线击于导线），在导线上引起过电压，这种情况通常称为绕击。无避雷线的线路，雷电放电过分靠近线路时，会直接击于导线上。对于有避雷线的线路，仍有可能发生避雷线屏蔽失效，雷电绕过避雷线击中导线的情况。虽然绕击发生的概率很低，但是一旦击中导线，导致线路跳闸的概率却很高。防止雷电击中击中导线的最好方法是，对于110kV及以上中性点直接接地的线路，一般会要求全线架设避雷线以防止线路频繁跳闸。
　　
　　4 线路防雷措施
　　4.1 架设避雷线
　　架设避雷线是高压和超高压线路最基本的防雷措施，其主要作用是防止雷直击导线。此外，避雷线还有以下作用：对塔顶雷击有分流作用，减少流入杆塔的雷电流，可降低塔顶电位；对导线有耦合作用，可降低绝缘子串上的电位差；对导线有屏蔽作用，可降低导线上的感应过电压。线路电压越高，采用避雷线的效果越好。有了避雷线后，雷也可以绕过避雷线击在导线上，绕击的概率与避雷线的保护角有关。为了降低绕击率，避雷线的保护角不宜太大。对于330kV线路，保护角应采用20°以下，220kV线路保护角应采用25°以下，山区的220kV线路应装设双避雷线，保护角用20°以下。110kV线路，一般沿全线架设避雷线，保护角可用30°，在雷电活动特别强烈的地区，宜架设双避雷线。
　　4.2 降低杆塔接地电阻
　　线路架设避雷线后，杆塔必须良好接地。降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，防止反击的有效措施。在土壤电阻率ρ≤300Ω•m的地区，降低接地电阻较容易，也不会显著增加造价。按照规程，每基杆塔的工频接地电阻，在雷雨季节干燥时，不应超过表4-1数值。在土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体，可将接地电阻降低到30Ω。在土壤电阻率特别高的地区，可采用两根与线路平行的连续伸长接地体，它可以增加地线与导线间的耦合作用，降低杆塔的冲击接地电阻，避免反射，因而降低了绝缘子串上的电位差，提高了耐雷水平。
　　
　　
　　4.3 架设耦合线
　　如果接地电阻很难降低时，可以在导线下方加一条架空地线，其作用是在雷击导线时期分流和耦合作用，以降低绝缘子串上的电位差。运行表明，该方法对降低雷击跳闸率有显著的效果。
　　4.4 采用不平衡绝缘
　　对于同杆架设的双回路线路，当通常的防雷设施不能满足要求时，可采用该方法。其原则是两回路的绝缘子片数不同。当线路遭雷击时，绝缘子片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路的耦合作用，提高了其耐雷水平。而对于两回路绝缘水平相差多少，应以各方面技术经济比较来确定。
　　
　　4.5 其他方法
　　其他防雷方法还有采用消弧线圈接地方式、装设自动重合闸装置、架设管式避雷器以及加强绝缘等。例如，在雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区，110kV及以下电压等级的电网就可采取消弧线圈接地的方式，该方式对于瞬时消除单相接地故障有良好的效果。
　　
　　5 结语
　　总之，输电线路的防雷保护，必须在对雷击原理充分认知的基础上，根据地区特点选择适当的防雷措施，才能取得一定的成效，从而确保电力系统的安全稳定运行。
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