直、交高压输电线路优缺点和架空输电线路防雷保护措施

直、交高压输电线路优缺点和架空输电

线路防雷保护措施

摘要：本文介绍了直流、交流高压的输送线路的优缺点和架空输电线路雷击及影响线路的供电可靠性,针对架空输电线路雷击事故的分析并对输电线路防雷保护措施做了探讨。

关键词：高压输电线路、防雷、架空线

交流特高压和高压直流各有优缺点，都能用于长距离大容量输电线路和大区域电网间的互联线路，两者各有优缺点。输电线路的建设主要考虑的是经济性，而互联线路则要将系统的稳定性放在第一位。随着技术的发展，双方的优缺点还可能互相转化。

一、直流输电线路的优点

1、经济方面考虑

(1)线路造价低。对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两根或采用大地、海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。一般电缆直流的允许工作电压约为交流的3倍，所以对电缆的绝缘要求投资少。

(2)电能损失小。直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。

2、技术方面

(1)系统稳定，可实现电网的非同期互联。还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。

(2)限制短路电流。用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制”将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。

(3)调节快速，运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”(功率流动方向的改变)，在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。

(4)没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联电抗补偿。

(5)节省线路走廊。

二、下列因素限制了直流输电的应用范围

(1)换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。、

(2)换流站消耗无功功率多，需要无功补偿。

(3)换流站在交流和直流侧产生谐波影响。使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰。

(4)缺乏直流开关。直流无波形过零点，灭弧比较困难。在多端供电式，就不能单独切断事故线路，而要切断整个线路。

(5)不能用变压器直接改变电压等级。

直流输电主要用于长距离大容量输电、交流系统之间异步互联和海底电缆送电等。

三、特高压交流输电的主要优点

(1)提高传输容量和传输距离

(2)提高电能传输的经济性。输电电压越高输送单位容量的价格越低。

(3)节省线路走廊提高了利用率。一回1150kV输电线路可代替6回500kV线路。

四、特高压输电的主要缺点是系统的稳定性和可靠性问题不易解决

严重的大电网瓦解事故说明采用交流互联的大电网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。电源的集中送出带来了较大的稳定性问题。下级电网不能解环运行，导致不能有效降低受端电网短路电流，这些都威胁着电网的安全运行。另外，特高压交流输电对环境影响较大。

架空输电线路雷击事故的形成要经过以下四个阶段：输电线路受到雷电过电压的作用、输电线路发生闪络、输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压、线路跳闸,供电中断。

图（一）输电线路的防雷系统组成有避雷线、绝缘子、冲击接地电阻等组成的综合性防雷系统更能提高防雷技术保护输点线路。

1、架设避雷线

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施，避雷线的主要作用是防止

雷直击线路。还具有以下作用

（1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位

（2）通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压

（3）对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压

因此，110kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°左右。

图（二）避雷线对输电线路的保护：安装在线路的上面把雷电流引人大地，而保护或减少线路受雷电强电流对电网的冲击

2、安装避雷针

安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用却存在以下问题（1）由于避雷针而导致雷击概率增大

（2）保护范围小。由于避雷针的引雷作用，所以雷击次数就会提高，当雷电被吸引到针上，在强大的雷电流沿针而流入大地过程，雷电流周围形成的磁场会产生截应过电压，它与雷电流的大小及变化速度成正比，与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用，不能达到有效屏蔽，使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。（3）反击的危害。当雷电被吸引到针上，将有数千安的高频电流通过避雷针其接地引下线和接地装置，此时针和引线的电压很高，若针对被保护物之间的距离小于安全距离时，会由针及引下线向被保护物发生反击，损坏被保护物。

（4）电磁感应问题。在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中，会在周围产生强大的电磁场，它会使微波通信、计算机等设备产生误动。当雷电流流入大地扩散时，在入地点沿半径各点形成不同的电位，若跨入该区域会产生很高的跨步电压。

图(三)在输电线路上安装避雷器可以有效地减少线路受雷电冲击的次数，也有不好的方面就是避雷针的引雷作用，所以雷击次数就会提高。

3、加强线路绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如:跨河杆塔)，这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大绝缘子表面的爬距比的长度、加大大跨越挡导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。

图(四)增加输电线路上的绝缘子的片数，增大绝缘子表面的爬距比的距离长度，提高线路的绝缘强度