摘要：输电线路防雷主要任务包括防绕击、防反击、防直接雷击导线，预防措施主要包括采用避雷线、减小杆塔接地电阻、使用一些电阻率较低的物质作为填充、装设杆塔拉线，应用耦合地线、线路避雷器、招弧角、自动重合闸等。
关键词：输电线路；防雷；雷击；防雷措施
1.前言
在输电线路发生跳闸的案例中，雷击是造成事故的重要原因之一。根据雷电击中线路位置的差异，雷电过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压两类。其中前者指雷电击中线路杆塔、导线避雷线，后者指雷电击中线路附近的大地，依照实际运行经验来看，前者对电力系统危害更大，后者一般只对35KV及以下线路有威胁。雷击发生后，一般会出现两种较严重的后果，分别为线路短路接地故障及电变站设备绝缘破坏，两种情形都会导致正常送电受影响。
2.输电线路雷击案例分析
2017年6月5日16时15分16秒，广州换流站极Ⅰ保护动作，极Ⅰ重启不成功；随后，极Ⅰ直流线路降压400kV重启成功；16时15分30秒极Ⅰ直流线路保护动作，极Ⅰ直流线路350kV重启不成功，极Ⅰ退至闭锁状态，17时28分，极Ⅰ直流线路转为运行状态。经排查发现，本次事件是一起因雷电绕击导致极Ⅰ单极闭锁的五级电力安全事件。
马窝站测距结果为：电科院测距为距离马窝站236.13km，对应塔号为0466#-0467#；电科院测距为距离马窝站197.77km，对应塔号为0381#-0382#。经查雷电定位系统±500kV天广直流线0281#-0299#、0301#-0371#、0461#-0464#、0546#-0579#区段跳闸前后1分钟内线路走廊1km附近共有落雷29次。对±500kV天广直流线0465#塔进行登塔检查发现极Ⅰ均压环有放电闪络痕迹，故障点与马窝站距离236.44km（马窝站第二次测距236.13km，与实际距离相差0.31km）。对0463#-0467#杆塔接地电阻进行测量，测量结果均满足线路设计值要求，结合故障时当地天气、雷电定位系统落雷记录、放电痕迹，初步分析第二次故障为雷击所致。
对±500kV天广直流线0377#塔进行登塔检查发现极Ⅰ均压环、合成绝缘子伞裙有放电闪络痕迹，故障点与马窝站距离196.294km（马窝站第一次测距197.77km，与实际距离相差1.476km）。对0375#-0379#杆塔接地电阻进行测量，测量结果均满足线路设计值要求，结合故障时当地天气、雷电定位系统落雷记录、放电痕迹，初步分析第一次故障为雷击所致。
3.雷击跳闸的预防措施
输电线路防雷主要任务包括防绕击、防反击、防直接雷击导线。可采用如下措施预防雷击：
3.1采用避雷线
架设避雷线是架空线路最有效的防雷办法。各级电压送电线路主要采用以下不同防雷措施：
首先，对于500kV及以上的送电线路应全线安装双避雷线，另外输电线路越高则保护角越小，山区多雷区可以考虑采用负保护角。
对于220-330kV的线路，考虑全线安装避雷线220kV和330kV的山区线路可以使用双避雷线，一般保护角在20°左右。杆塔上的避雷线对边导线保护角在20°-30°之间[1]。
110kV线路，一般全线装设避雷线，雷电活动较强烈地区装双避雷线。一般来说，山区单避雷线的保护角在25°左右。少雷区及雷电活动轻微地区可不必全线架设避雷线，不过要装设自动重合闸的有关装置。
35kV及以下铁塔或水泥杆线路，一般较少沿全线设置避雷线，不过杆塔需要逐基接地。
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值得注意的是，有些装设单避雷线的线路中，杆塔顶部有时会另外架设一条避雷线，有时也在杆顶结构不变的情况下，于导线下增加一条架空地线，这条地线也叫做耦合地线，虽然无法降低绕击率，但能在雷击杆顶的情况下起到分流及耦合作用，从而将线路的耐雷水平提升一倍。
3.2减小杆塔接地电阻
杆塔电阻的大小与线路耐雷水平呈负相关的关系，当前者增大时，线路耐雷性明显降低[2]，同时呈指数规律下降，在直流线路里表现更加突出，降低杆塔接地电阻可以起到明显的防雷作用，一般有如下几种方法：首先可以利用线路的自然接地。一般来说，在接地工程中，可以通过混凝土结构里的金属结构、钢筋骨架减小接地电阻；其次可以采用一些外引接地装置。在杆塔所在位置有水平敷设处，设置水平接地体，既能降低工频电阻，也能有效减小冲击接地电阻，进而起到一定的防雷作用；第三，可以采用深埋式接地极。假如地下深处土壤的电阻率较低时，使用深埋式或竖井式接地极也可以起到一定的防雷效果。不过要注意选择适当的埋设地点，比如应选在地下水位较高处，另外若附近有金属矿体时，可以把接地极埋插进矿体里，通过矿体延长或增加接地体几何尺寸，另外还可以将接地体插入山岩的裂缝中，并灌入降阻剂。
3.3使用一些电阻率较低的物质作为填充
如土壤，用一些电阻率低的土壤替换电阻率高的土壤。如工业废渣，但应保证电阻率低、无腐蚀作用、不易流失、施工方便、性能稳定、经济合理、较易吸收及保持水分。还可以使用降阻剂，这也是目前很常用的方法。通过在水平接地体四周使用高效膨润土降阻防腐剂，可以显著减小杆塔的接地电阻。如果杆塔周围有水源，也可以在岸边或水底设置接地极。最后，还可以应用一些爆破接地装置。在一些土壤电阻率较高的地区，可以使用钻孔机在地上垂直钻好直径1m、深几十米的孔，在其中布置好接地极，而后沿孔整个深度每隔一定距离安放定量炸药爆破，岩石炸裂变松后，用压力机把浆状低电阻率的材料压到深孔和炸出来的缝隙里，也能降低电阻。
3.4装设杆塔拉线
杆塔拉线可以减小雷击跳闸率，这是因为杆塔拉线和金具分流作用较大，还能增加杆塔等效半径，从而减小杆塔波阻抗。一般来说，4根拉线分流可达到10%-20%，分流效果和拉线位于杆塔上的位置和接地状况有关。拉线距离塔顶越近，其电阻越小，同时分流的效果也越好。另外，拉线除分流作用外，还对杆塔附近导线有一定屏蔽作用，因此只要地形允许，杆塔拉线带来的防雷效果很不错。
3.5应用耦合地线
有些杆段已经架设有避雷线，但还是经常遭到雷击侵害，假如无法充分降低接地电阻，可于导线下方增设架空地线，又叫耦合地线。可以使本基杆塔接地网和相连的接地网良好连接。当雷电反击线路，可增大对相邻杆塔分流系数及导地线间的耦合系数，最终间接降低杆塔接地电阻。
3.6其他方法
如使用线路避雷器，雷击发生时，雷击过电压可以把线路避雷器间隙击穿，此时可因氧化锌阀片非线性特征极速切断电弧，从而避免线路发生跳闸。也可采用招弧角，可以使闪络路径改变，不再沿着绝缘子表面，进而防止大电弧电流给绝缘子造成损坏。还可以使用自动重合闸等，自动重合闸能够提升线路运行可靠性，是非常有用的设施。另外，也可以根据实际情况采用避雷线、雷电定位系统等。
4.结语
雷击是输电线路运行中的常见大灾害，雷击可能导致绝缘子闪络或炸裂，有时还会把导地线烧断，导致金具损毁。当雷电波传入变电站还将导致更大的损害，所以加强输电线路防雷十分必要，是保障电力系统可靠供电的重要环节。
参考文献
[1]包英锋.110kV输电线路防雷设计初探[J].科技创新导报,2012,(11):35-37.
[2]甘斌,张双平,余平.超高压输电线路雷电绕击及防雷[J].电网与清洁能源,2011,(12):56-57.
论文作者:张凯宁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/23
标签：杆塔论文; 避雷线论文; 线路论文; 雷电论文; 电阻论文; 防雷论文; 地线论文; 《电力设备》2017年第24期论文;