摘要：高压架空输电线路是电力系统的重要组成部分，决定着整个电力系统的安全、稳定、可靠的运行，无论是高压输电线路还是超高压输电线路，甚至是特高压输电线路，雷击故障仍是线路故障的主要原因之一。本文在雷电防护研究的基础上，结合国内外输电线路发展现状和防雷的重要性，提出了降低架空输电线路雷击跳闸率的几种措施。
关键词：高压；架空；输电线路；防雷措施
前言
随着经济的发展和社会的进步，电力作为一种清洁高效的能源，在生产生活中起到的作用越来越大。电力作为一个大的系统从生产到使用由发电、输电、变电以及配电等环节组成，而输电是其中的必不可少的重要组成部分。而目前输电的方式只有两种，一种是电缆，另一种是架空线，目前全世界范围内主要采用的是架空，尤其是远距离的、高电压更是如此，因此高压架空输电线路的安全稳定，决定着整个电力系统的安全、稳定、可靠的运行。
影响高压架空输电线路安全稳定的因素有多个，其中由于雷击杆塔或导地线而引起线路故障从而破坏整个电力系统的安全、稳定、可靠的运行，仍然是危及线路安全运行的主要因素之一。多年来从事输电线路相关的专业技术人员均对此高度重视，加大了防雷保护工作的研究力度，尤其是超高压输电线路的防雷保护工作。
35kV及以下电压等级的输电线路雷害的形式有两种，一个是感应雷，另一个是直击雷；110kV及以上电压等级的输电线路雷害的原因则只有直击雷，这一点是人们熟知的，但对于反击雷和绕击雷的判断则主要是根据经验或发生故障后，在分析原因，有针对性地采取防雷措施。因而或有判断失误，或对线路不利。
1.雷电防护概述
雷电防护有一套专门的理论。比如，雷电产生的机理，要研究大气物理学，用物理学的方法探讨雷电产生的原因。雷电对电子设备的雷害机理，需用大气电学的方法。研究雷电的防护方法，又涉及电工学，微电子学和材料学。雷电流的大小、雷电的波形研究，一般通过理论推导和现场实测，将现场实测的波形和理论推导拟合，这就需要用统计学的知识合概率论的知识。雷电科学还是一门试验科学，由于雷电机理的研究对雷电成因的解释许多出于假说，必须通过现场试验和模拟试验验证。同时，防护设备的好坏必须通过实验室模拟试验和现场对比试验两个环节，才可初步判断其好坏，最后，还要用统计学知识，对现场试验作出科学判断。
2.雷击跳闸率
对架空输电线路而言，防雷保护工作的目的是尽量避免导线不受雷击或雷击之后尽量使绝缘子不闪络，从而避免因产生工频电弧造成跳闸。也就是说线路遭受雷击而不跳闸，不影响系统的正常供电就是架空输电线路防雷的根本目的。而架空线路地处旷野，绵延成百上千公里，而在雷电多发区经常遭受雷击的线路，即使加装了各种防雷措施也做不到完全不跳闸，目前衡量某条线路雷击跳闸情况采用雷击跳闸率（定义：架空输电线路在规定长度和规定雷暴日下因雷击引起的事故跳闸次数），防雷设计就是要求出某条线路的雷击跳闸率，尽量降低雷击跳闸率。
3.降低雷击跳闸率的主要措施
3.1架设地线
架设地线是高压架空输电线路最常用的，也是最基本的措施之一。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。
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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。
3.2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，可以采用多跟放射形接地体，或连续伸长接地体；或者采用某中有效的接地降阻剂降低接地电阻值。
3.3措施之三 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。
3.4措施之四 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。又因为可控放电避雷针的主放电电流幅值小，陡度低，所以对于35kV以上电压等级的高压输电线路完全可以承受此雷电放电电流，不会因此而跳闸。
4.结束语
以上提到了几种既实用又经济和方便防雷措施，但是在确定具体的措施时要根据线路的自身情况全面地考虑线路的重要程度、系统运行方式及所经地区的地形、地貌、雷电活动情况等因地制宜地采取有针对性的综合防雷措施。
参考文献：
[1]冯永权.浅谈500kV高压输电线路雷电干扰成因及措施[J].北京电力高等专科学校学报：社会科学版，2012，29（12）：267.
[2]万敏.浅析500kV高压输电线路雷电干扰成因及措施[J].城市建设理论研究，2012（3）.
论文作者:由静,王璐璐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
标签：线路论文; 雷电论文; 杆塔论文; 地线论文; 过电压论文; 防雷论文; 避雷针论文; 《电力设备》2017年第28期论文;