现代防雷技术概述

现代防雷技术概述

根据调研，在国内高压输电线路跳闸事故中，因雷击引起的线路跳闸事故约占总跳闸事故的４０％～６０％，特别是在地形复杂、土壤电阻率高的多雷地带，跳闸率更高。在国外，雷击也是高压输电线路安全运行的主要危害，雷害事故一般占总事故的５０％以上。由于雷击线路后雷电波沿线路侵入变电站会对变电设备构成巨大威胁，可能导致大面积停电事故，因此，限制输电线路雷击过电压是确保电力系统安全可靠运行的重要任务。

一、主要防雷措施

1、架设避雷线

避雷线的功能主要有：防止雷电直击导线；对雷电流起分流作用，降低塔顶电位；对导线具有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上的电压；对导线具有屏蔽作用，降低绝缘子串上的感应电压。规程规定：220KV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110KV线路一般也应全线架设避雷线。为了提高避雷线对导线的屏蔽作用，减小绕击率，避雷器对导线的保护角应不超过２０°；５００ｋＶ及以上电压等级的超高压和特高压线路都应架设双避雷线，保护角在１５°以下。我国特高压输电线路建议采用负保护角来降低雷击跳闸率。

2、架设耦合地线

在导线下面架设耦合地线，可以增加分流和耦合作用，降低绝缘子串上的电压，提高线路的耐雷水平。由于耦合地线在导线下方且与大地相连接，实际上相当于降低杆塔高度，减小绕击率。耦合地线与避雷线将导线屏蔽其中，减小了山区线路由于地形影响而使导线受到侧击的概率。但是，耦合地线的终端杆塔因雷击分流作用减小和大气电场分布的畸变，可能会成为相对的薄弱点，更易遭受雷击，因此应尽量降低终端杆塔的接地电阻，并增加一片绝缘子。线路架设耦合地线后，可能会对杆塔强度、导线交叉跨越等产生影响，因此一般只适用于丘陵、山区、跨越档和降低杆塔接地电阻困难的地区。

3、降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻可以降低雷击杆塔时的地电位升高，防止产生对导线的反击，对于110KV及以上电压等级的混凝土杆塔或铁塔线路是很有效的保护措施。

4、安装线路避雷器

线路避雷器分为串联间隙型和无间隙型两种，已在美国、日本等国家广泛推广和应用，取得了良好的效果和丰富的运行经验。我国也相继研制成功了110KV、220KV、500KV的复合外套金属氧化物避雷器，并在多个地区电网中投入运行，取得了良好效果。

串联间隙型避雷器分固定间隙和纯空气间隙两种，在雷电压作用下，串联间

隙动作后避雷器本体才处于工作状态，因此，阀片荷电率较高，寿命长。固定间隙避雷器的安装方式是：首先将与避雷器串联的间隙用复合绝缘子固定，并在复合绝缘子的两端安装环状电极，然后将避雷器的另一端挂在铁塔臂上，其中的一个环状电极与高压导线连接。这种结构的优点是间隙距离不受风偏影响，间隙距离可保持不变，安装容易；其缺点是复合绝缘子要承受工作电压的作用。纯空气间隙避雷器是将间隙的一个电极安装在避雷器本体下端，另一个电极则在导线上，为保持其间隙距离，电极形状必须制作成弧形。这种结构的缺点是必须考虑外界因素的影响，如导线发生舞动，会引起间隙距离发生变化。

无间隙型避雷器的一端挂在铁塔臂上，另一端直接与高压导线连接，利用氧化锌阀片的非线性特性保护绝缘子串。与带串联间隙型避雷器相比，无间隙型避雷器具有吸收冲击能量可靠、无放电延时和无分散性的优点。为防止避雷器本身故障时影响线路正常运行，无间隙型避雷器一般装有故障脱落装置。

线路避雷器并联安装于线路绝缘子串两端，利用其残压的钳电位防止该绝缘子串闪络。由于线路避雷器投资较大，因此主要安装在雷电活动强烈、土壤电阻率高和降低接地电阻有困难的易击段或易击点。

二、输电线路防雷新技术

1、新型的输电线路结构

基于避雷线和耦合地线的运行经验，目前国外正开展新型输电线路杆塔结构的研究，其特点是加装２根避雷线将５平行系统改为７平行系统，如图１所示。这种结构增加了对雷电流的分流作用，削弱了雷电过电压的强度，改善了输电线路的防雷性能，抗绕击效果较好。杆塔高度增加１０％～２０％，对于单回线路的综合投资还是可以接受的。

2、保护间隙

关于绝缘子串的保护间隙，国外已有比较成熟的经验，在日本称为招弧角，在德国称为引弧保护装置，其在国内应用不多，只在220KV及以下电压等级且防雷有困难的线路上使用，如江苏镇江２２０ｋＶ谏泰线的跨江段、南京大胜关跨越先期运行的２２０ｋＶ线路。国内外的招弧角的构造大致可分为棒形、球形、羊角形、网球拍形。这种形状的优点是：能有效地捕捉闪络电弧根部，保护绝缘子串和导线；能改善绝缘子串的电压分布。

3、负角保护针

负角保护针呈圆棒形，针尖、主管和底部３部分采用铆钉连为一体。负角保护针必须装在导线上方横担头部，若安装在地线支架的挂线点上方，则无法达到负保护角的效果。

三、当前防雷工作存在的主要问题

1、虽然近年来对防雷工作投入较大，但雷击跳闸占线路总跳闸的比例仍然偏高，除了因为线路规模不断扩大，遭受雷击概率提高，雷电活动具有一定的随机性外，线路雷击跳闸居高不下最主要的原因有以下几点：深圳地区雷电活动频繁，强度大；随着深圳电网规模的不断增长，线路走廊面积增大且大部分位于山峰及丘陵地带；同塔多回路为减小线路走廊面积，导致塔头电气间隙控制距离偏小；杆塔接地引下线及地网被盗破坏严重，给线路防雷工作带来极大的安全隐患；部分新建线路及运行年限较久的线路防雷设计水平偏低，绝缘子选型裕度不足。

2、防雷工作的滞后性。目前年度防雷工作计划的制定一般还是建立在上一年度雷击数据的统计分析结果上，即根据以往雷击数据统计出线路的易击段，在易击段开展安装线路避雷器等防雷措施。由于是事后数据，因此开展工作时缺乏预见性，造成第二年雷雨季节来临时，安装了防雷设备的线路雷击跳闸率降低，但是其他未安装防雷设备的线路发生了雷击跳闸，不能从根本上解决线路雷击跳闸问题。

3、防雷工作的长期性。线路整体防雷水平的提高需要一个较长周期，因此针对每年的防雷改造工作，收集、统计、分析各种数据，对掌握运行线路防雷工作的薄弱点及选择重点地区开展防雷工作具有指导意义。

4、防雷设备的维护。保证防雷设备运行状况是提高线路耐雷水平的一个关键因素。由于避雷器等防雷设备装设在线路杆塔上，运行环境较为恶劣，虽然在定期巡视时可检查设备外观及计数器读数情况，但是无法掌握其性能及运行情况。因此，今后应继续开展防雷设备的预试工作，有效掌握正在运行的防雷设备的性能水平，有针对性的开展设备检修、更换工作。

四、今后防雷工作采取的主要措施

1、新建线路前期规划设计方面的改进措施对于深圳地区新建或改建的线路，避雷线对边导线的保护角除满足规程及标准规定外，仍然按照500KV线路不宜超过－５°，110KV、220KV线路不宜超过０°的原则控制，对于经过强落雷区的新建输电线路，设计时在满足规程及标准的基础上适当加强绝缘配置，可增加１０％～１５％的绝缘子片数或相应的有效绝缘长度并注意控制塔头间隙距离，适当降低杆塔接地电阻，对于个别地势较高处、不易实施降阻措施处或高度较高的杆塔建议加装线路避雷器等防雷设备，以提高耐雷水平。

2、运行线路综合防雷改造措施

接地电阻是影响输电线路耐雷水平的关键因素，应采取科学的测试方法，严格按照相关运行规程开展接地电阻检测工作，及时整改安全隐患。因地制宜地安装线路避雷器，根据多年运行经验，线路避雷器虽然保护范围小，但仍是最为可靠的防雷措施。对于同塔多回线路防雷问题，应继续加强雷击跳闸基础数据的收