电力系统的一大动脉就是输电线路，通过输电线路能够向全国各个地方输送强大电能。由于输电线路有很长的路线，地形、地势复杂，极易遭受雷电袭击，严重影响了线路的安全运行和供电的可靠性。浙江省是雷电活动频繁的省份，因雷击原因引起的跳闸次数约占总跳闸次数的60%左右，所以各级电力部门将防雷研究列入重点工作。 1 输电线路雷害分析 我国线路的雷击故障率低于美国、日本，与年雷暴日相对偏少的俄罗斯相当。随着当前环境的恶化，全球气候变暖，极端恶劣气象条件屡屡出现，输电线路雷击跳闸率极不稳定。因此，在输电线路防雷方面，相关人员要开展细致和大量的工作，采用多种有效防雷措施，降低输电线路雷击跳闸率，保障生命财产安全。 1.1 输电线路雷击故障的特点 1.1.1 雷电活动强弱有大小年之分 由表1可知，年份不同，雷电活动也有着很大的强弱差异，在不同年份同一条线路的雷击故障率可相差达10倍。 表1 年份 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 跳闸次数 5 4 3 3 7 5 0 2 1 0 1.1.2 山区雷电活动多见于绕击线路 统计资料显示：山区线路雷击，绕击故障占较大比例。 1.1.3 雷电活动有易击点以及易击段存在 运行经验以及《落雷密度分布图》提示，输电线路当的“易击点”和“易击段”一般占线路全长30%以下。 1.1.4 雷击杆塔档中多于雷击杆塔（流动波过电压） 雷击输电线路有以下三种情况：第一，雷击杆塔顶；第二，雷从避雷线绕过击于导线；第三，雷击避雷线的档距中央。相关资料显示，避雷线遭到雷击所引起的杆塔绝缘闪络次数是雷击塔顶的4.7倍。 1.1.5 避雷线保护角大的导线遭绕击次数多 统计资料显示，就垂直排列的三相导线而言，上导线保护角大遭雷击的次数多，下导线保护角小遭雷击的次数少。 1.1.6 斜山坡地区，一回线路对另一回线路的屏蔽 低空雷，也就是15～30kA强度的弱雷云团沿着山体移动到两条平行线路，山坡下侧线路的下边导线遭绕击的故障，而靠近山顶线路未发生跳闸。其原因是一回线路对另一回线路产生了“屏蔽效应”。 1.2 雷电的性质 1.2.1 正极性雷和负极性雷 当对地放电的云层带正电荷即为正极性雷，当对地放电的云层带负电荷即为负极性雷。云层对地有无闪电出现，受到对地高度和云地间电场强度以及云体电荷量的影响，相关的资料显示，全球的向下雷击约有90%为负极性。 闪电过程分为先导放电、主放电、余辉放电。很多因素都会影响雷电流的大小，且地区同地区间有较大差别，一般情况下，相比于平原地区的雷电流，山地雷电流更大，且第一闪击非常大，正极性雷比负极性雷幅值大。 1.2.2 判断绕击以及反击 一般情况下，由雷击杆塔和避雷线造成反击或因雷电绕击线路就会引发输电线路雷击事故。反击同雷电流和雷电流幅值以及杆塔接地网电阻有莫大的关联，而绕击同避雷线保护角度和雷电留幅值有着莫大的关联，其防护措施也完全不同。研究了雷害的形式，才能有效地防雷。目前要准确判断反击、绕击比较困难。 2 输电线路防雷设施的性能 2.1 避雷线 输电线路防雷的首道防线就是避雷线，避雷线能够避免雷直接击打导线，还能够让雷电流分流，提高杆塔耐雷水平，降低感应过电压。由于雷击导线的过程中，极易致使电位过高，致使绝缘闪络出现，因此首要选择的防雷保护措施即对避雷线进行采用、线路电压越高，避雷线防雷效果越好；避雷线保护角度越小，屏蔽效果越好。 2.2 杆塔的接地电阻 确定好杆塔型式之后，杆塔接地电阻阻值能够对线路反击耐雷水平产生非常重要的影响。当雷击于避雷线（或杆塔顶部）后，雷电流沿避雷线流入杆塔，由于在杆塔及接地装置上产生电感与电阻的压降，这压降的存在使雷电荷不能瞬时发散于大地，使杆塔顶部电位迅速升高，高电压冲击于绝缘子而造成闪络，此过程即为反击，这是线路雷害的主要形式之一。杆塔的接地电阻是防雷第二道防线，因此防止雷击反击最基本的一项措施即使杆塔接地电阻得以降低。 2.3 绝缘的选型和配置绝缘 对杆塔耐雷水平产生影响的一大关键性因素即绝缘闪络电压U50%。线路绝缘强度增大，也就需要较高的雷电压将绝缘子击穿，增强输电线路的耐雷水平。 从研究表明，对于现有杆塔，在导线满足风偏和绝缘子满足摇摆角等条件下，根据绝缘子尺寸、型式和数量，进行合理地选型和配置以尽量增加线路绝缘，巩固雷害的第三道防线。 值得一提的是，由于有较高的陡度，雷电流衰减的速度极快，雷电流因其陡度非常高而衰减非常快，传播距离会受到限制，变电所进线设防雷保护，所以加强线路的绝缘一般不会危及变电站的安全。 2.4 杆塔形式以及线路路径 一般而言，雷电活动都有一定规律性。相关气象规律资料显示，在一些特殊的地形和特殊的地段中，比方说金属矿区和山脊、遍布山峦和突兀山峦、沿海岛屿和湖泊江河跨越等地区，容易产生热雷暴，且会频繁发生雷电活动，当雷击活动发生时，极易击打这一些地形和地段的输电线路。可以说，一旦确定好输电线路的路径后，基本上就可确定雷击发生的频率。所以，为了更高效地防雷，要科学地对输电线路运行环境进行规划和设计。 2.5 耦合地线 在导向的侧面或是下方对耦合地线进行架设，可使导地线间耦合作用得以强化，同时可让导地线产生不同于雷电流极性的电压，并在绝缘子串上作用，从而使绝缘子串两端上的整体电压幅值得以降低。此外，耦合地线的作用还包括屏蔽以及分流，不仅能够使屏蔽雷电流以及接电电阻电流减少，还可有效防止绕击以及反击。一般情况下，在频繁的雷电活动和杆塔雷击闪络、较大杆塔保护角和难以降低接地电阻以及有极高的土壤电阻率的线段区域会应用耦合地埋线以及耦合地线，且有极好的效果。 2.6 负角保护针和塔顶拉线 可将负角保护针视为外侧线路边导线的避雷针，这一避雷针可使临界击距减少，使屏蔽改善。当前，在输电领域广泛地应用了负角保护针的方法。这一方法不仅实用经济，而且便于运行和安装，能够有效地防止绕击，但其对杆塔提出了较高要求，要求杆塔接地电阻不可超出一定范围，不然会增加反击概率。 防雷拉线不仅可起到屏蔽作用，还可起到分流作用，在杆塔顶部，经杆塔可让部分雷电流入地，同时经过防雷拉线也可让部分雷电流入地。要想应用防雷拉线，应确保低的接地电阻和独立接地。 2.7 氧化锌避雷器 线路型的氧化锌避雷器可自动将工频续流切断，确保稳定供电。一般情况下，将一般的防雷措施应用到复杂地形和高的土壤电阻率以及强烈雷电活动的地区，很难保障效果。为了使雷击跳闸率降低，可对线路避雷器进行采用。相关的研究表示，通过对线路型的避雷器进行安装，可有效地防止反击线路雷害以及绕击线路雷害，但在具体应用时，应考虑价格问题。 2.8 滚球法防雷-旁路避雷线 参照相关的滚球法防雷原理发现，当雷电先导发展时，相当于球体运动。滚球法防雷就是在要保护的设施周边设置触及接闪器，当此球体运动的途中只能触及接闪器或地面，而不能使其触及要保护的设施。 3 输电线路防雷措施和防雷成果 浙江省是雷电活动频繁的省份，因雷击原因引起的跳闸次数约占总跳闸次数的60%左右，所以各级电力部门将防雷研究列入重点工作。而为了降低雷击跳闸率，相关部门应充分发挥引导作用，带领技术人员到现场勘查一些多雷区段，并制定综合性的防雷方案。通过调查分析可知，许多次雷击跳闸事故大多是绕击线路杆塔所导致，本文对该3个多雷区段9-61#、62-67#及支线17-19#采取综合性的防雷措施，以线路杆塔和雷电绕击线路为主。在制定以及实施防雷方案时，应以便以操作和实用经济、可靠安全和因地制宜为原则。本文结合实际提出了以下实施方案： （1）为提高耐雷水平，可增设一些绝缘子片数。通过增设绝缘子片数，能够使易击杆塔以及多雷区的耐雷水平得以强化，使U50%冲击放电电压得以提高。 （2）对旁路耦合地线进行架设。增大耦合系数，减少杆塔入地电流。 （3）对屏蔽针进行装设。进行负角保护，减少雷电绕击。 （4）对防雷拉线进行设置。发挥分流和屏蔽的作用，降低反击电位，避免雷电反击。要在62#直线塔对防雷拉线进行安装，而为了避免雷拉线断落而引发导线事故，可在导线的四侧主材上安装防雷拉线，并急性埋设单独接地装置，实行屏蔽以及分流。 （5）架设耦合地线，以减少杆塔的分流系数和增大耦合系数。将一根0.648kmGJ-50耦合地线装设在67#～68#档导线下方杆塔上，从而增大耦合系数，继而防止雷电绕击和反击。 （6）对线路#60、# 63塔两边相导线安装线路氧化锌避雷器。线路氧化锌避雷器安装以后，通过每年运行情况检查发现动作显示器有动作记录。 该项目自1996年10月正式投入运行至今，采取了综合防雷措施的110kV线路雷击跳闸情况大幅度下降，线路的综合防雷措施取得了成效。 4 线路防雷建议 （1）要想更好地进行线路防雷，就应统计以及分析以往的雷击跳闸记录，对易击点以及多雷区进行划定，对雷电定位系统的相关测量数据进行查询，同现场的地形地貌相结合，将雷击性质确定下来，遵循因地制宜和实用经济、可靠安全等原则。同时，相关人员要共同的商讨实施的综合方式，在实施方案时要重视积累运行经验并分析。 （2）当雷击迫害到零值瓷质的绝缘子时，容易出现断串吊线的情况，所以在民房和小区、厂区和省道、高速公路和铁道等雷区，应用玻璃钢绝缘子来取代瓷质的绝缘子。一般情况下，当玻璃钢绝缘子受到雷击之后无需更换，且雷击之后不掉线，但是雷击打瓷质绝缘子之后就要尽快地更换。 （3）当输电线路出现故障致使跳闸之后，一般专业人员要通过一些方式找到故障点，将故障排除，十分耗费力气和时间，特别是在一些复杂地形地区以及山区。而通过对雷击定位系统进行应用，能够准确测量变电所与发生故障的距离，并分析输电线路故障类型，这样可助于相关人员以更快的速度对查找和排除故障，从而尽快地恢复线路供电。 （4）线路型的氧化锌避雷器极为可靠，当杆塔难以降低接地电阻时，可应用线路型的氧化锌避雷器。假如由于绕击而致使线路跳闸，可将避雷器安装到两边相或者是易绕击相上。而假如由反击引起致使线路跳闸，应将线路避雷器安装到三相上。 （5）安装线路型避雷器需要极大的投资，且维护安装工作量极大。所以，只可将氧化锌的避雷器安装到重要跨越和重要地段以及频繁雷击的杆塔上，其他地段则采用综合性的防雷措施。例如，针对500kV线路绕击，由于需要安装较大的避雷器支架，会极大程度地影响到杆塔受力，再加上需要较大安装工程量，因此可采用滚球法防雷-旁路避雷线，这一方法基本无需维护。 参考文献 [1]王新军．电力工程气象勘测中有关问题探讨[J]．青海电力，2003，（S1）. [2]余国清．送电线路路径选择的影响因素[J]．云南电力技术，2002，（2）.
收稿日期：2015-09-21
作者简介：周千（1979-），男，浙江建德人，国网浙江省电力公司杭州供电公司工程师，研究方向：电力工程。
