摘要：从富兰克林的风筝引雷试验起，人类研究雷电和防雷技术有两百多年的历史了。从上个世纪30年代来，雷电对电力系统带来的危害越来越被人们的重视，怎样能够有效的预防雷击已被当成人们研究的重点，有关的保护机制与研究原理已经被人们广泛的应用。线路高度和电压等级在不断的提高，对于防雷的措施与要求也在逐渐提升，也使人们改进数据分析和防雷保护计算模型的方法。目前220kV高压输电线路系统，雷击跳闸率在实际中比预期的要高，造成的安全事故也是比较严重的，国内外的研究人员对于防雷问题做了更加仔细的研究，研究的主要方向有防雷水平的提高、研究雷电统计参数、防雷措施研究和反击问题研究等等。
关键词：20kV；输电线路；高压；防雷
电力系统是将电力能源转换成为电能，为了使客户的需求得到满足，并把其分配和输送到用户系统，主要由输电网、发电厂、电力和配电网用户几个部分组成。其中，电力系统的重要组成部分是输电网和配电网，称之为电网。配电网是由电缆配电线路或架空线与配电变压器、继电保护与各种开关、自动装置、补偿电容、断路器、计量和测量仪表还有控制和通信设备等组成，除了人为或者是物理因素会造成配电网供电可靠性下降之外，雷击也是导致配电网供电可靠性下降的一个非常重要的自然因素。电网的重要组成部分是220kV 输电线路，同时也是我国电网输送的一个重要组成部分，它具有较低的绝缘水平、分布广，连接着众多用户和变电站的特点。雷害事故非常容易损坏电网和用户设备，导致停电，导致人身发生伤亡等等，给人民群众生活带来非常大的损失。按照电网的故障分析，输电线路在运行时段的总跳闸数量中，因雷击而导致的跳闸数量大约占总数的百分之七十至八十。
一、分析220kV高压输电线路雷击形式
雷云在起电、移动与先导放电的过程当中，与导线非常容易形成一个断开的回路，会使架空导线发生静电感应，当雷云对大地进行放电，导线中的电荷在非常大的电压作用之下，自由电荷就形成了，用冲击波的形式朝着输电线路的两端移动，按照感应电压的计算方法，即电流与导线电阻的乘积，形雷电感应电压就形成了。通常情况下，雷电形成的感应电压几乎都在上千伏左右。
二、分析高压输电线路雷电的绕击原因
根据我国220kV的高压输电线路受到因雷击导致的跳闸分类情况来看，按照数据的情况来分析，在这些年来高压输电线路因雷击而跳闸例子当中，雷电绕击高压线路有45次左右，占总绕击发生总数的80%之上。根据以上的分析我们能够看到，雷电绕击是造成雷击高压线路发生跳闸的其中原因之一。根据对天气、位置等一些综合各方面的因素进行分析判断，输电线受到雷电绕击而发生的线路跳闸的原因主要是受到下面一些方面的影响。
（1）线路保护角α能够影响到高压输电线路的绕击跳闸率。在分析这些线路跳闸事故案例之中，对线路绕击的几率造成的影响是比较大的。根据对于山区输电线路绕击率Pa与线路杆塔高度h以及高压线路保护角θ的关系曲线公式如下：
Pa=α√h/86-3.35（1）
当去杆塔的取40米高度时，线路的保护角α取14度时，线路绕击率Pa>0.4%，当保护角α取8度，线路绕击率Pa=0.17%，根据上面的计算我们能够看出每当线路的保护角有5度的增加时，高压线路的绕击率就会至少增加1倍之上，也就是说，高压输电线路越大的保护角，线路受到雷击的绕击率就会越高，高压线路的跳闸几率也就越高。
（2）输电线路的杆塔的高度对于线路绕击跳闸率的影响。根据分析上面的计算公式能够看出，输电线路的杆塔的高度比较小时，保护角α较小，线路的跳闸率差别也是较小的。但根据线路杆塔高度不断的增加，也将更大的影响到线路保护角α。用常用的ZM21杆塔型举例，当杆塔的高度大于35米时，线路绕击跳闸率会根据杆塔高度上升增加，当杆塔的高度每增加1米，高压线路绕击跳闸率就会上升至67%以上。
（3）杆塔所在的地理位置地形影响线路绕击跳闸率。杆塔在的地形坡度对于线路的绕击率会产生十分大影响，应分析我们通常使用的电气几何模型的击距法，当地面与杆塔倾角增大时，线路的绕击跳闸率会通过倾角增大而呈现出非线性上升趋势，但是当地面倾角小于 15 度时，地面的倾角对绕击率的影响不是很大，当杆塔与地面倾角大于15时，线路遭受雷击的绕击率按照倍数进行增加，在这样的情况下面，地面与杆塔的倾角对于线路的防雷保护来说是非常不利的。
（4）杆塔型式影响输电线路绕击跳闸率。我国目前使用的高压输电线路塔型是比较多的，从遭遇雷击的统计数据分析能够看到，输电线路选择的塔型对于线路遭受雷击影响显著，不同杆塔类型的选择，雷击发生的几率也是不一样的，一般容易导致雷击发生的塔型有：直线T形塔直线猫头塔等塔型。
（5）互相作用的多种因素，使线路绕击的跳闸几率增加。造成雷电绕击线路跳闸的因素形式很多样的，根据公式（1）能够看到，线路的绕击几率不但与保护角、杆塔的高有关系，还和杆塔位置土壤相关，所以说，导致输电线路的绕击率是由多种原因的综合作用而造成的。雷电绕击率的传统算法上有一定偏差的存在，根据线路绕几率的计算和对线路的运行经验表明，杆塔的高度对于线路绕击率有着很明显的影数学模型目标及分析。根据分析上文关于输电线路防雷击的问题，我们可以通过进行数学模型的建立，进行对输电线路避雷器的工作方式的理论计算并分析，结合实际工作经验，对输电线路避雷器的设计与具体安装做调整，从而达到以下目标：
（1）对于不同安装方式的输电线路避雷针进行建模计算，并且按照杆塔的输电线路和接地电阻的耐雷水平计算，以确定输电线路的避雷器安装的方式和型号等等。
（2）在试验室中，针对避雷器间隙的大小以及型号不同的间隙形式避雷器，对输电线路避雷器，整体做出50%的雷击放电试验，对避雷器间隙大小的，给输电线路安装合适的避雷器提出合理的指导建议。
（3）通过上述的计算情况，根据实际工作情况对挂网运行线路避雷器在室内进行电气试验，确定好线路在运行后的电气变化情况，方便对以后避雷器安装提供建议。
三、分析220kV高压输电线路防雷接地方法
1、输电线路的传输路径进行合理选择
根据调查可以发现，输电线路遭遇雷击大部分集中于线路的某些比较复杂的环境地段。也就我们经常说的易击区或选择性雷区，假如输电线路可以避开雷区，或者对易击区输电线路加强保护，是防雷的有效措施之一。例如说像顺风的河谷以及山区风口和峡谷等地方的雷暴走廊，杆塔附近的水库、池塘、森林树木，地下导电矿等，这些都是雷电易击区，在实际的施工过程中能够提前对其进行考虑，从而采取有效的防雷措施。
2、对杆塔接地电阻降低
对杆塔接地电阻降低的技术是输电线路采取防雷措施的手段之一，它是根据降低杆塔的接地电阻来对雷电流对输电线路的冲击减小，对输电线路反击耐雷水平进行提高。杆塔接地电阻降低时，降低整个回路的电阻，可以快速的降低雷击塔顶时过电压，进而可以对绝缘子承受的过电压降低，使线路的耐雷水平提高，减少绝缘子的闪络，可以对线路的跳闸率有效降低。
（1）杆塔接地电阻标准
使杆塔接地电阻减小是预防杆塔遭受雷击的有效方式之一，杆塔的电阻和土壤的导电率有关，使杆塔的接地电阻与土壤的导电率降低是提高线路耐雷水平有效手段。在对有避雷线的输电线路进行安装时，每个杆塔在不连避雷线时的工频接地电阻上的要求也不一样，在干燥、雷季的季节，不要超过规定的数值，具体数值如下表表 4-1 所示：
2、降低杆塔接地电阻的措施
（1）最简单的方法是水平外延接地。对于杆塔在较大的地方比较适用，有着可以进行水平放射的地方。水平放射施工费用比较经济，同时还不对环境造成污染，能够有效的降低冲击接地电阻与工频接地电阻，使线路的耐雷水平提高。
（2）在试验室中，针对避雷器间隙的大小以及型号不同的间隙形式避雷器，对输电线路避雷器，整体做出50%的雷击放电试验，对避雷器间隙大小的，给输电线路安装合适的避雷器提出合理的指导建议。
（3）填充降阻剂。在杆塔附近假如有能够利用的低电阻率的物质，能够对接地电阻降低，就能够因地制宜与综合利用这些物质，这种方式施工经济合理、简便。在土壤、山区高电阻率的的位置能够实施降阻剂来对线路的耐雷水平提高。
3、耦合接地线的架设
以耦合地线的架设来对线路的耐雷水平机理提高有：耦合地线能够增加地线和导线间的耦合作用，能对塔顶产生的高位感应电压减小，能够有效的减少绝缘子串所承受的冲击电压；再是耦合地线能够降低杆塔对过电流分流，使塔顶电位降低。按照使用技术的不同，架设的耦合地线能够分直挂式侧面耦合地线和耦合地线。
4、侧向避雷针的安装
安装侧向避雷针在塔杆上，输电线路绕击率减少的一种防雷技术。雷电绕击有的时候能击中被保护物绕过避雷器，安装侧向避雷针在架空输电线路上是预防雷电绕击的有效方法之一。对于运行的线路，在输电线路上安装侧向避雷针是很好的一个方案，投资可以减少。按照有关规定在输电线上正确安装，通常情况下，要求此成型避雷针应该具有流通量大，全金属结构，对大电流冲击能够应对，还要有抗高温、抗老化、抗风、抗震、抗覆水等性质，在恶劣环境下至少能够运行30年。
结语：
对于我国220kV的输电线路的维护，一直以来都对雷击原因和防雷技术比较重视分析与研究。从通常的情况来进行考虑，由雷击造成的跳闸一般情况下是难以避免的，倘若不能采取有效的措施就可能引起多发雷击跳闸事故。
参考文献：
[1]. 国家电力公司东北电力设计院，张殿生．《电力工程高压送电线路设计手册》．北京：中国电力出版社，2008．
[2]. 李景禄，胡毅，刘春生．《实用电力接地技术》．北京：中国电力出版社，2009．
[3]. 李景禄.《接地装置的运行与改造》.北京：中国水利水电出版社，2007．
论文作者:丁波涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年31期
论文发表时间:2016/9/27
标签：线路论文; 杆塔论文; 避雷器论文; 防雷论文; 雷电论文; 电阻论文; 高压论文; 《基层建设》2015年31期论文;