架空输电线路的防雷探讨

冯琴

临汾供电分公司 山西临汾 041000

摘 要：

由于环境的日趋变化使气候不断恶化，雷击引起的输电线路跳闸的事故日益增多，不仅影响设备的正常运行，而且极大地影响了日常的生产、生活。电网中的跳闸事故以输电线路的故障占大多数，输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重最大、尤其是山区的输电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据统计，架空输电线路的供电故障60%左右是雷电引起的。因此做好输电线路的防雷保护，对降低电网事故率有重大作用通过介绍雷电的形成、输电线路雷击的几种模式及防雷的基本原则，提出架空输电线路的防雷方法。

关键词：输电线路 防雷 探讨

对于一个电力系统来说，发电机、变压器、开关等各类设备和用电设备都装在室内，虽然有些在室外，但变电站室外设备有避雷针的保护，因此雷击的可能性很小；而高压输电线路由于线长且广，又遍布各地，故最容易遭受雷击。电网中的跳闸事故以输电线路的故障占大多数，输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重最大、尤其是山区的输电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据统计，架空输电线路的供电故障60%左右是雷电引起的。因此做好输电线路的防雷保护，对降低电网事故率具有重大意义。经研究，雷电对于我们输电线路的雷击大致可分为二种情况：
1、雷击输电线路附近的地面或物体
当输电线路附近的地面遭受雷击时，就会在输电线路的三相导线上产生感应过电压，因为在雷电放电的先导放电阶段，在先导通道上积聚了大量雷云电荷，由于静电感应原因在先导通道附近的输电线路导线上也相应积累了大量异性束缚电荷。当雷击大地时，主放电开始，先导通道中的雷云电荷被迅速中和。此时导线上的束缚电因失去约束而变为自由电荷，它以电压荷的形式沿导线向两端流动，由于放电的速度很快，沿导线流动的感应过电压波的幅值就会很高。这种导线流动的电压波就是感应过电压，它的大小与主放电电流、雷击点与导线的距离及导线的悬挂高度有关

2、雷击输电线路中除了导线以外的物体（地线、杆顶等）

雷直击导线本身比雷击导线以外的物体出现的超过耐雷水平概率明显大得多。雷电流超过线路的耐雷水平时，虽然会导致一次雷击闪洛，但不一定意味着是一次故障。只要在雷电过程迅速消逝后，在闪洛点不随之建立工频电弧，就仍然照常送电。

输电线路避雷可以分为两点：

1）输电线路尽量减少被雷击次数；
    在输电线路路径选择时候避开以下情况：雷暴走廊(山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处)：四周是山区的潮湿盆地(杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木，附近又有蜿蜓起伏的山丘等处)；土壤电阻率有突变的地带(地址断层地带，岩石与土壤、山坡和稻田的交界区，岩石山脚下有小河的山谷等地，低土壤电阻率等处)；地下有导电性矿的地面和地下水位叫高处；当土壤电阻率差别不大时，有良好的土层和植被山丘，雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
2）可减小输电线路被雷击后的过电压
   ①架设地线。⑴分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；⑵通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；⑶对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
   ②在双回路同杆线路架设中，采用不平衡绝缘方式架设，由于两线路绝缘不平衡，导致线路的防雷水平不同，防止双回线路同时跳闸；
   ③降低接地电阻，降低接地电阻对防反击雷起到明显的作用。采用扁铁接地，增加接地装置与土壤的接触面积，从而减小了冲击接地电阻。
   ④在查线困难段加装耦合地线。一是增大避雷线与导线之间的耦合系数，从而养活绝缘子串两端电压的反击和感应电压的分量；二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。
    ⑤装设氧化锌避雷器。加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。

3、避雷器的选择及参数的确定

3.1　避雷器的选择

3.1.1　选择复合绝缘外套氧化锌避雷器

由于常用的避雷器是瓷外套，比较重，安装不便，使用在线路上有一定的局限性，而且如果发生爆炸，它的碎片将危及临近绝缘子的运行安全，所以必须选择一种比较适合于线路上使用的避雷器。

随着国内硅橡胶技术的发展，近些年研制成功的复合绝缘外套氧化锌避雷器就是一种适合悬挂于线路杆塔上的避雷器，与传统的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡胶复合有机外套，因而它具有重量轻等优点，甚至在复合外套避雷器损坏时能允许线路继续运行，而其电气特性、保护特性方面大体与瓷外套避雷器相当。 　　

国际上，美国、日本、俄罗斯等国已大量使用复合外套氧化锌避雷器，在美国的公路上随处可见运行中的配电变压器都带有复合外套氧化锌避雷器，据统计美国己有上千万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用，日本也有百万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用。随着我国硅橡胶技术的发展，我国也相继研制成功了110kV、220kV的复合外套氧化锌避雷器。

3.1.2　选择外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器

悬挂在线路铁塔上的复合绝缘外套氧化锌避雷器有两种：一种是外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器（简称 GMOA）；另一种是外部不串间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器（WGMOA）。GMOA的外串间隙在线路正常运行时能够隔离电网运行电压，保持MOA不承受电压，所以避雷器的额电压可以选得较低，而且在MOA故障损坏时允许线路继续运行，但是这种避雷器的保护特性较差，放电特性主要由间隙决定，其冲击放电电压比避雷器的残压要高得多。北京某公司研制的110kV等级带串联外间隙的避雷器的外间隙冲击放电电压的试验结果。当WGMOA悬挂在线路上运行时，其运行状况可随时得到监视，且安装方便，保护特性相对来说较好，仅决定于避雷器的残压。两种避雷器使用时各有优缺点，为了安装方便、获得好的保护效果，并便于监视避雷器的运行状况，我们决定选择使用外部不串间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器。

3.2　避雷器参数的选择

由于选择使用WGMOA，避雷器长期运行在相电压下，且线路运行条件比变电站内的运行条件苛刻，为了避雷器运行的可靠性，将110kV复合绝缘外套氧化锌避雷器的额定电压由100kV提高到120kV，持续运行电压由73 kV提高到90kV，直流1mA电压提高到170kV，考虑到避雷器遭直击雷的几率大，因而避雷器的大电流耐受水平由65kA提高到100kA。

另外由于避雷器长期悬挂于线路上并承受相电压的作用，我们在避雷器的型式试验中增加了在避雷器施加拉力试验过程中的局放试验，试验时取110kV避雷器一支，轴向施加静态机械负荷，施加拉力分别为500kg,750kg,在此负荷状态下施加1.05倍Uc，测量避雷器的局部放电。试验结果表明，当轴向机械负荷加到额定破坏负荷时，局部放电没有变化，所以其机电性能是稳定的，达到了设计要求。

4、结束语

通过在输电线路易遭受雷电区110kV寺隰线杆塔上安装避雷器后，多年来未发生累计跳闸，线路避雷器在线路的应用取得了良好的成效。在此基础上，最近我们又在多条山区线路雷电易击区地段上装设了多支氧化锌避雷器，这些避雷器选择了适应线路运行的参数，经过带电监测研究，证明避雷器的性能能够满足在线路上运行的需要，同时经过一个多雷雨季节的运行经验证明这种改进的防雷措施对于山区线路的防雷是经济的、有效的。 为进一步探讨应用线路避雷器进行防雷的工作，提供了可靠的参数依据，保证了线路的可靠运行。