刘乾承　黄伟超　李岩　孙盛华　孙诗铭

摘 要：在提高电能输送质量和输送距离的同时，500kV超高压输电技术因电压等级的提高、配备巨大杆塔和超长输电线等，使得其遭受雷击绕击的几率随之增加。而500kV输电线路防雷保护的配置，需要结合所在地区的地形及当地雷电活动参数等因素，这给防雷保护工作带来新的挑战，故本文将就此展开探讨。

关键词：500kV输电线路；超高压；耐雷水平；防雷措施

中图分类号：TM863 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0167-02

由于我国经济中心分布于平原及自然的地理因素，部分500kV输电线路不可避免的架设于高山、旷野等处，非常容易遭受雷击。统计显示，500kV输电线路跳闸事故中40%～70%是由雷击引起的，雷击已经成为威胁500kV输电线路安全运行的主要因素，故因地制宜采取适宜的防雷措施来提高500kV输电线路耐雷水平就具有十分重要的现实意义。

1 500kV输电线路防雷的主要措施

1.1 安装避雷器

在线路上安装避雷器可以有效强化雷电类的分流效果，从而降低雷击时杆塔顶端的电位。近年来金属氧化物避雷器不断改良且制作成本持续下降，如清华大学和中能公司联合研制的系列氧化锌避雷器有效解决了以往氧化锌避雷器存在的系统接地动作时给接地线路造成过高電压损失、接地极施工不良时作用难以发挥、在极端恶劣环境下使用寿命大幅缩短、散热性较差且安装时间较长等缺陷（表1为该系列氧化锌避雷器的主要技术参数），在我国500kV输电线路防雷中得以广泛应用。

1.2 加装并联保护间隙

通过在绝缘子两端加装一对并联的金属电极来构成并联保护间隙，雷击发生时并联保护间隙的雷电冲击电压小于绝缘子串的放电电压，让持续的工频电弧被引到电极顶端并借助电动力来吹散，从而达到防雷目的。需要注意的是，并联保护间隙的加装虽然能够有效减少绝缘子的更换，但由于其放电电压降低也会一定程度上降低500kV输电线路的绝缘水平，如果要确保绝缘水平不变则必须使绝缘子的长度增加，这无疑会增加成本。

1.3 减小接地电阻

通过减小接地电阻来减小雷击时杆塔顶端电位，也是500kV输电线路防雷技术研究的一个热点，现阶段应用较广的主要有如下五种方法：（1）接地体的深埋。将接地体深埋可以有效增加接地体在土壤中的散流面积，但该方式通常应用于杆塔所处土壤电阻率较低的情形，适用范围有限；（2）接地体的水平外延。通过接地体的水平外延，在降低工频接地电阻的同时有效降低雷击时杆塔冲击电阻，因此在条件允许时应尽量采取此种方式；（3）局部换土。当杆塔需要安装在具有较高电阻率的土壤时，可以通过局部换土的方式来降低接地电阻；（4）自然接地体的使用。具有较低接地电阻的自然接地体（如钢骨架）能够降低杆塔电位，从而减少500kV输电线路遭受雷击的概率；（5）降阻剂的采用。当自然条件约束使上述四种方法都无法获取良好效果时，可以使用降阻剂来改善土壤电阻率。

1.4 其他措施

第一，减小保护角。保护角的大小在一定程度上影响着避雷线对500kV输电线路的屏蔽性能，这意味着在相同幅值雷电流雷击的前提下，保护角的减小能够降低500kV输电线路暴露的范围，进而使绕击跳闸率降低。通常情况下，可以通过如下方法来减小保护角：在避雷线高度不变的基础上增加绝缘子的片数，使导线挂点处高度降低；在导线高度不变的基础上，提高避雷线高度；在确保避雷线和导线原有高度的基础上，减小它们间的侧线距离。

第二，500kV输电线路绝缘水平的提高。通过对500kV输电线路绝缘子的完善来提高绝缘水平（如更换新型绝缘子），可以有效提高500kV输电线路的耐雷水平。

第三，避雷线的改造。在实际运行过程中，避雷线可能会发生过联处烧断引发跳闸故障，因此架空避雷线直接接地点可以在杆塔上单独焊一个接地点，并且其连接的绝缘子放电间隙大小应根据实际情况来进行设计。

2 500kV输电线路防雷的应用案例

2.1 故障基本情况

2017年9月3日，某500kV输电线路C相故障，重合成功。故障前该输电线路正常运行，负荷为38.8万千瓦，故障电流为5.975kA。检查后发现，故障点N116塔（塔型ZBC3，呼称高33m，地处山区，海拔高度936m）C相绝缘子上下均压环处均有放电烧伤痕迹，故障C相绝缘子采用FXBW-500/180型绝缘子，小号侧N115塔采用FXBW-500/210型绝缘子，爬电距离13750mm；大号侧N117塔采用U240B/170玻璃绝缘子，爬电距离40*400mm，跳串采用FXBW-500/100型绝缘子，爬电距离13750mm，符合设计污级要求。

根据专家研究，已采取如下措施：故障杆塔两侧地线采用非直接接地GJ-80镀锌钢绞线。铁塔接地型式采用方环加射线，实测接地电阻值为7.3Ω，接地电阻满足设计要求。

2.2 故障原因分析及改进措施

该500kV输电线路故障杆塔绝缘子表面和杆塔无鸟粪污染痕迹，周边无易漂浮物，无发生鸟粪闪络、异物短路闪络因素；故障当日现场天气为雷雨天气，未发生雾霾天气，不具备污闪环境及气象特征；因风速较小，排除风偏放电。经对当地群众进行走访了解，线路故障时天气为雷雨天气，有明显雷声和闪电，且专业人员到达后雷雨天气还持续进行。综合考虑故障区段的地理特征、气候特征，结合雷电定位系统、闪络点痕迹等，排除线路发生其他故障的可能性。

根据雷电定位系统数据分析可知，故障区段线路周边范围1km内有7处雷电活动记录，主要分布在N115-N118塔区段附近。根据地理信息分析，判断为雷击造成的跳闸。

故障点N116塔塔型为ZBC3，保护角为7.5°，杆塔高度39m。因该塔地处上山坡位置，接地电阻实测值为7.3Ω，线路避雷线设计保护角符合规程规定。根据故障点放电痕迹，分析此次放电通道为雷电绕过地线击到导线上，通过导线端均压环与铁塔端均压环放电，判断为绕击雷。之前该500kV输电线路已采取一定防雷措施：该500kV输电线路为双架空地线，且保护角满足要求；在雷雨季节前对杆塔接地电阻进行逐基测试，满足运行要求。

综上所述，判断本次故障原因为绕击雷造成闪络。根据现场检查实际情况，绝缘子、均压环及导线烧伤痕迹不影响线路正常运行，暂不做处理。但是需要采取进一步措施，预防雷击事故具体措施如下：鉴于该区段非雷害频发区且雷害具有偶发性，故暂时不采取其它防雷措施；结合线路停电检修机会，对故障相绝缘子金具进行更换；将故障区段列为雷电活动区，加强接地电阻、地线等防雷设施的检测，对不符合要求的及时治理。

3 结语

研究表明，防雷措施对应的治理方向不同导致了各种防雷措施实施后得到了完全不同的防雷效果，并且传统的粗放式防雷治理方案有时候不仅不能得到雷击跳闸率的有效降低，反而会导致对杆塔大规模的二次改造，多次改造的结果是防雷成本的提高，防雷工程的延长，经济损失和人力的耗费非常巨大。基于此，500kV输电线路防雷措施的制定应根据实际情况（如线路走廊不同地形、线路的不同结构、雷电频繁情况和绝缘配置、防雷计算方法的差别、防雷措施等的差异性），在合理评估后制定最优方案。

参考文献

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[2]张志鹏，王文，钱少锋.500kV输电线路防雷优化配置建议[J].电气技术，2016，17（3）64-68.

[3]牛健.500kV输电线路雷电干扰及防雷措施分析[J].科技创新与应用，2016，（31）202.