马金龙　胡成龙

摘要：雷电原本就是约束超高压输电工作安全和可靠性的核心因素，毕竟借由其引发的线路故障，已经占据事故总体数量的六成，尤其是在 500 kV 以上电压等级的输电线路之中，雷电导致的跳闸几率非常之高，因此可以被理解为限制超高压输电线路正常工作结果的核心因素。所以说，今后处理超高压输电防雷工作的重点，便是全面遏制雷电绕击隐患，提升防绕击能效，该类结果对于今后我国电力系统整体运行安全稳定性，有着决定性意义。

关键词：超高压;输电线路;防雷技;研究应用

前言：

雷电是影响输电线路可靠性的首要因素，在我国，超高压输电线路雷击事故占线路总跳闸事故40%～70% 。雷电活动具有明显的地域性和气候性，与当地雷电活动特性、微地形、微气候等因素有关。在现有防雷技术较为广泛研究基础上，本文以500kV输电线路雷击故障为实例，并结合目前的防雷措施，提出超高压输电线路切实可行的防绕击策略。

1超高压输电线路雷击事故实例分析

在此主要将500kV的超高压输电线路作为研究对象，在尚未发生雷击事故前期，透过检验认证输电线路运行十分正常，尚未衍生任何不良事故现象。大约是在2016年5月10日23时15分30秒，研究的500kV超高压输电线路中的B相突然跳闸，重合闸成功。而其所属电站存在两类动作痕迹，主一保护测距距离该站有15千米左右，而主二保护测站距离电站为17千米，至于电站行波测距则距该类电站40千米。雷电定位系统清晰地定位到跳闸时刻并且证明周边存在落雷迹象。在获悉因雷击而引发跳闸故障的信息时，输电所在第一时间内到达现场进行完成信息校验分析任务，主要是联合当时现场天气状况和雷电电位系数等进行细致对比认证，确定日后重点巡视的区位段，并且在第二日大范围地布置拓展故障特训活动。经过检查后发现，1塔B相存在极为显著的雷击闪络痕迹，塔1地线放电间隙的放电痕迹较为轻微。

2超高压输电线路防雷技术的内容

2.1可控放电避雷针

当可控放电避雷针安装处附近的地面电场强度较低时（如雷云离可控针及被保护对象距离较远等情况），雷云不会对地面物体发生放电，此时可控放电避雷针针头的贮能装置处于贮藏雷云电场能量工况，由于动态环的作用，针头上部部件（动态环和主针针尖）处于电位浮动状态，与周围大气电位差小，因此几乎不发生电晕放电，即保证了在引发前针头附近的空间电荷很少的要求^[1]。当雷云电场上升到预示它可能发生对可控针及周围被保护物发生雷闪时，贮能装置立即转入释能工况，这一转变使主针针尖的电场强度不再被动态环限制，针尖电场瞬间上升数百倍，使针尖附近空气迅速放电，形成很强的放电脉冲，因没有空间电荷的阻碍，该放电脉冲在雷云电场作用下快速向上发展形成上行先导，去拦截雷云底部先导或进入雷云电荷中心。如果第一次脉冲引发不成上行先导，贮能装置即又进入贮能状态，同时使第一次脉冲形成的空间电荷得以消散，准备第二次脉冲产生。如此循環总能成功地引发上行雷。

2.2线路型金属氧化物避雷器

为了减少输电线路的雷击故障，采用了各种措施。如减小避雷线的屏蔽角，提高线路绝缘水平，降低杆塔接地电阻，多重屏蔽，加装耦合地线双回输电线路采用不平衡绝缘等。但采用减小屏蔽角的方法将受到杆塔结构的限制，提高绝缘水平将增加线路造价，而且受到杆塔结构及走廊宽度的限制。对于新建线路，减小输电线路的雷击故障一般方法是尽量减小避雷线的屏蔽角，降低杆塔接地装置的接地电阻。而在高土壤电阻率地区降低杆塔接地电阻存在较大的困难。为了减少线路的雷击事故，提高供电可靠性，提出了在线路上安装金属氧化物避雷器来减少线路雷击事故的方法。自1980年开始，国外开展了应用避雷器来降低线路雷击事故的研究，并已成功地将避雷器应用到输电线路上。理论计算分析和实践都证明，将线路避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难的线段，可以较大地提高线路的耐雷水平。

3超高压输电线路防雷技术应用

3.1可控放电避雷针在高压输电线路的防雷保护应用

在超高压输电线路上的塔顶装设可控避雷针符合传统防雷理论，由于线路弧垂使中间段保护角小于近杆塔段，加之杆塔位置也比较高，绕击多发生在近杆塔段。在杆塔塔顶安装避雷针后，杆塔附近的雷将会落在避雷针上，通过杆塔入地，减少了线路遭绕击的概率，安装避雷针后杆塔落雷几率将增大，绕击减少而增加了反击的机会，但由于装设可控放电避雷针后雷电流幅值小。可控放电避雷针的保护特性明显优于富兰克林避雷针，就主要参数绕击概率和保护范围而言，令人满意。①可控放电避雷针有一个相当大的几乎不遭受绕击的保护区域。例如当绕击概率不大于0.001%时（显然在这样的绕击概率下，被保护对象遭绕击的可能性是相当小的）保护角高达55°。②当被保护对象遭受绕击概率允许达到0.1%（目前规程规定允许值）时，可控放电避雷针的保护角达66.4°，而富兰克林避雷针的保护角远远低于此值。在可控放电避雷针和传统避雷针的对比试验中，从可控放电避雷针的针头可以清楚地看到一段较长的放电轨迹，这说明在这里有向上发展的先导，而在富兰克林避雷针上的放电轨迹上则见不到这一明显轨迹，可控放电避雷针就是靠产生向上放电来减少绕击和增大保护角的^[2]。可控放电避雷针特别适合高压输电线路的防雷，通过对比实验发现：可控放电避雷针的引雷能力比传统避雷针强得多，而且有较大的保护角，这样就可以降低输电线路的绕击率。

3.2线路型金属氧化物避雷器在高压输电线路的防雷保护应用

如果能够确定某个杆塔的雷电事故是由雷电绕击引起的，则只在雷电绕击的相导线上安装避雷器就能确保在保护范围内不会出现线路的雷击闪络事故。对于山坡上的杆塔，一般是外侧线路容易绕击，则只在外侧相导线上安装线路避雷器。对于山顶或平地区域的线路杆塔，则绕击出现在边相，因此应在两侧安装线路避雷器。特别注意：如果基于防绕击目的的杆塔避雷线或杆塔遭受雷击，则没安装避雷器的相导线可能会发生闪络。避雷器不仅可以防止绕击，还能有效防止反击事故发生。线路安装避雷器后，可以大大提高线路耐雷水平。根据具体线路段的实际雷电活动强度及土壤电阻率及对线路耐雷水平的要求，可以确定是不安装避雷器、安装一只避雷器还是安装三只避雷器。对于220kV线路，如果杆塔的冲击接地电阻在40Ω以下，则在雷电活动强烈区域的杆塔上安装一组避雷器，线路都能耐受180kA的雷电流的作用而不发生线路闪络。当杆塔冲击接地电阻大于40Ω时，线路不能耐受180kA以上的雷电流^[3]。为了进一步提高线路的耐雷水平，可以在相邻的杆塔再各装一组避雷器，这时在冲击接地电阻大于40Ω时，线路则能耐受300kA以上的雷电流。500kV线路在雷电活动强的地区安装一组避雷器，即使杆塔冲击接地电阻达40Ω，耐雷水平也能达350kA，即装一组避雷器基本上能满足线路防雷要求。但由于价格和运行维护等方面的原因，不主张在500kV及以上电压等级的线路上安装避雷器。

总结：

（1） 加强对输电线路耐雷特性计算方法的研究及提高其防雷性能的研究，改进现有规程推荐的计算方法。（2） 可控放电避雷针特别适合高压输电线路的防雷，有较大的保护角，这样就可以降低输电线路的绕击率。（3） 将线路避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难的线段，可以较大地提高线路的耐雷水平。

参考文献：

[1]贺远. 500kV输电线路雷击故障分析与防雷措施研究[D].华北电力大学，2017.

[2]刘威，王朝海.超高压输电线路防凝冻灾害技术措施研究[J].机电信息，2016（06）：101+103.

[3]隋彬. 500kV超高压输电线路耐雷水平影响因素研究[D].西南交通大学，2015.