談山區輸電線路的差異化防雷設計范文

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摘要：闡述雷電危害的原因，輸電線路防雷性能的特點，山區輸電線路防雷差異化保護措施，從而保證山區輸電線路的安全運行。

關鍵詞：防雷，繞擊，電力線路

0引言

雷電作為一種常見的自然現象，釋放出來的能量，具有極強的破壞特性，對輸電線路安全穩定運行影響較大，據不完全統計，由于雷電導致的電網安全運行事故占據全部事故的絕大部分，其中山區輸電鐵塔更易受到雷電侵害。隨著國民經濟的不斷發展，電網規模的不斷完善，居民工作和生活對電力可靠性不斷加深，降低輸電線路雷害跳閘率，保證輸電線路安全穩定運行至關重要。山區線路由于受地形地貌、地質和氣象條件的影響，雷電事故較平原地區要多。目前，我國輸電線路防雷設計主要包括：（1）降低桿塔接地電阻；（2）增加線路整體絕緣水平；（3）架設避雷線；（4）合理選擇線路路徑；（5）裝設避雷器。以上五種方法應用較為廣泛，且為減少雷電事故，對電網穩定運行起到了關鍵的作用。本文主要結合山區不同地形地貌和地質情況下，通過有針對性地采取降低桿塔接地電阻、加裝避雷器、加強絕緣、減小保護角等綜合防雷措施，減少輸電線路雷害事故的發生。

1山區輸電線路的雷電危害

山區地質條件對雷害的影響。山區地質大多為巖石，土壤中很少含有無機鹽類，在干燥狀態下導電性能比較低，而且在降雨量較少的地區，表層土壤相當干燥，土壤電阻率普遍較高，一般在2～5kΩ•m，甚至高達10kΩ•m以上，導致桿塔接地電阻達到設計值或規范要求值十分困難。從而，在接地電阻較大的桿塔容易引起雷電反擊，導致雷擊跳閘。山區地形地貌對雷害的影響。雷擊桿塔和繞擊率山區要比平原地區高，主要有以下幾點原因：（1）地面傾斜角對繞擊有較大的影響，地面傾斜度越大，繞擊率越高。當地面傾斜角超過一定值后，地面對雷電的屏蔽作用會減弱很多，主要出現在地形復雜的山區；（2）線路桿塔立于山區山頂或者山脊時，線路一側或者兩側與地面距離較遠，導致失去大地對導線的雷電屏蔽作用，會大大增加雷擊率；（3）部分山區地形起伏較大，線路桿塔高差較大，導致氣流活動頻發，雷電活動也有所增加，致使雷擊率也相應增加。

2輸電線路防雷性能的特點

輸電線路防雷性能的優劣主要由耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量。雷擊線路時線路絕緣不發生閃絡的最大雷電流幅值為耐雷水平，通常以kA為單位，低于耐雷水平的雷電流，雷擊線路時不會發生閃絡；每100km線路每年由雷擊引起的跳閘次數稱為雷擊跳閘率。輸電線路遭受雷擊主要有以下三種情況，分別為：雷擊桿塔塔頂、雷擊避雷線檔距中央和雷繞過避雷線擊于導線。

（1）雷擊桿塔。雷擊桿塔的耐雷水平I1的計算如式（1）。由式（1）可知，雷擊桿塔時的耐雷水平與分流系數β、桿塔等值電感Lgt、桿塔接地電阻Rch、導線掛線點平均高度hd、導地線間的耦合系數k以及絕緣子串的50%沖擊閃絡電壓U50%有關。由此可知，通過降低桿塔接地電阻、增加絕緣子串的絕緣水平或者增加導地線間的耦合系數均能增加雷擊桿塔的耐雷水平。一般情況下，山區架空輸電線路均采用雙地線架設，導地線間的耦合系數均較高。

（2）雷擊檔距中央。雷擊檔距中央時，雷擊處地線與導線間的空氣間隙s上的電壓與耦合系數k、雷電流陡度a以及檔距長度L有關，計算如式（2）所示。（2）對于一般檔距的線路，如果檔距中央導地線間的距離s滿足s＝0.012L+1，一般不會出現擊穿事故，本文不在討論雷擊檔距中央情況。（3）雷繞過避雷線擊于導線雷繞過避雷線擊于導線的耐雷水平I2≈U50%/100，有次可見，其耐雷水平較雷擊桿塔時小得多。雷繞過避雷線擊于導線主要以繞擊率P作為控制條件，對于山區，計算如式（3）。

（3）其中，α為保護角，h為桿塔高度，桿塔保護角越小，桿塔高度越低，繞擊率越低。

3山區線路差異化綜合防雷措施

山區輸電線路防雷應根據不同的情況采取不同的措施，根據雷電的特性及桿塔位置的地形地貌確定遭受雷擊的類型，綜合沿線已投運線路的運行情況，確定雷電易擊段，結合不同措施的有效性針對性的采取：減小接地電阻、增強線路絕緣、加裝線路避雷器、采用不平衡絕緣方式、減小保護角、架設避雷線等措施，增加線路的耐雷水平，減小繞擊率。目前設計的山區線路因其特殊性220kV及以上線路均已架設雙地線，且保護角均不大于0º。

（1）減小接地電阻。減小接地電阻是提高耐雷水平防止反擊的有效措施，所有防雷措施都是以桿塔接地電阻為基礎，進而提高輸電線路的反擊耐雷水平。對于土壤電阻率較低無腐蝕的山區，通過延長接地射線，加裝接地模塊，可以有效降低接地電阻，對于鹽堿腐蝕較嚴重的地段，應采用耐腐蝕性的材料或防腐措施，例如，柔性石墨接地、銅覆鋼接地等。

（2）增強線路絕緣。通過加長絕緣子串長或采用高性能的絕緣子，提高輸電線路的絕緣水平，從而提高絕緣子串的50%沖擊閃絡電壓，達到提高耐雷水平的目的。根據規程規范要求，全高超過40m有地線的桿塔，高度每增加10m，應增加1片高度為146mm的絕緣子；當線路全高超過100m時，絕緣子片數應根據運行經驗結合計算確定。對于土壤電阻率偏高且降低桿塔接地電阻較為困難的情況下，適當采取增強線路絕緣的方式，當線路遭受雷擊時，即使雷電流較大，桿塔電位較高，但是絕緣子串不發生閃絡，同樣可以提高線路的耐雷水平，同時線路的防污性能也相應地有所提高。

（3）加裝線路避雷器。在急易發生雷擊的區段加裝線路避雷器，根據避雷器的非線性特性，當輸電線路發生雷擊時，避雷器上殘壓在絕緣子50%沖擊閃絡電壓以下，從而保護絕緣子不發生閃絡。同時，采用減小接地電阻的保護措施，使得雷電流可以順利并迅速傳入大地。

（4）采用不平衡絕緣方式。現代高壓及超高壓線路中，同塔雙回架設的線路越來越多，對雙回線路采用不同的絕緣水平的方式，通過加強其中一回線路的絕緣串的絕緣水平，當發生雷電反擊時，絕緣水平相對較低的線路先閃絡，從而將雷電流引入大地，通過犧牲一回線路，確保另一回線路安全可靠運行。

4結語

山區輸電線路因受山區地形地貌和地質條件的影響，相比平原地區更易遭受雷擊，結合桿塔土壤電阻率及所處區段落雷密集程度，通過采取減小接地電阻、增強線路絕緣、采用不平衡絕緣方式均可增加線路雷擊桿塔的耐雷水平，通過采取減小保護角的措施，可減小線路繞擊率，通過加裝線路避雷器、架設避雷線等措施，即可增加線路的耐雷水平，又可減小繞擊率。對于山區線路應綜合考慮所處區段的自然條件及設計因素，采用差異化的防雷措施，考慮其合理性和經濟性，既要控制投資又可達到最優的防雷效果。

作者：梁培松 單位：中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司