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摘要：输电线路故障中由雷电导致的输电线路跳闸占有极大比例，防雷是雷雨活跃地区电网的重要安全工作。通过分析雷电对于输电线路和电网的危害，指出当前采取的主要防雷措施及其缺陷，提出综合防雷的方法及其重点，对电网安全保护具有重要意义。
关键词：输电线路；防雷；跳闸故障；避雷器
作者简介：陈宏（1974-），男，四川通江人，四川省电力公司宜宾电业局，工程师。（四川 宜宾 644100）
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0113-02
现代电力系统中，雷害事故引起的跳闸占有很大比例，统计数据显示在雷灾严重地区由雷灾引起的输电线路跳闸事故达到或超过总跳闸事故的1/3。输电线路的雷电流高达数十安乃至数千安，足以引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应，威胁着人员、设备和电网的安全，因此雷雨活跃地区普遍将防雷工作作为安全工作的重中之重。[1，2]
本文结合统计数据与现场实际，分析雷电的危害及防雷的必要性，探讨防雷的主要措施及当前措施的主要缺陷，提出综合防雷的必要性及其方法。
一、雷电对于输电线路的危害
从输电线路以及电网的安全考虑，雷电的危害主要体现在两个方面：一是雷电放在输电线路上，会引起很高的过电压，导致继电保护动作跳闸，切断运行线路造成巨大损失；考验周围设备的绝缘水平和耐受能力，对人员、设备造成威胁。二是雷电带来巨大电流施加在输电线路上，导致雷电击中点炸毁、燃烧使导线损毁或熔断，巨大电流产生的强大电动力还会造成杆塔等电力设备的机械损伤。
雷电导致的灾害往往不能通过电力系统自身的修复能力自动恢复，造成设备损坏更是需要一定时间和力量进行检修处理。雷电发生集中在春季和夏季，正是生产集中的时期，这一时期的电力中断将会造成极大的经济损失。雷电天气发生在夜晚、环境恶劣地区的可能性较大，更增大了检修的难度。此外，运行中的输电线路比不带电的输电线路遭受雷击的可能性更大。我国每年都有大量因雷电导致停电事故的报道，[3-5]有效的防雷可以避免这些事故的发生，对于减少经济损失和提高电网安全可靠运行水平具有极其重要的意义。
二、主要的防雷方法及应用现状
输电线路所采用的防雷保护措施主要有：加装避雷线、降低输电杆塔的接地电阻、加强输电线路绝缘水平、加装耦合地线、加装消弧线圈、采用不平衡绝缘系统和采用自动重合闸设备等。
加装避雷线是当前应用最广泛也是最有效的方法。避雷线又称架空地线，是在输电线路的杆塔间架设裸露导线，并在部分节点装设避雷器，当有雷电击中避雷线时，将雷电引入大地，从而避免雷电击中输电线路造成损失。避雷线防雷的关键点在于如何保证雷电击中避雷线而不是其保护的线路。首先需要合理设置避雷线的数目，数目过少难以起到保护效果，数目多则需要较大的经济投入和施工难度，也为杆塔增加了负担。其次是避雷线的合理布置，表1列出了主要电压等级输电线路在雷击过电压时的最小对地空气间隙距离。在考虑对带电输电线路的安全保护措施时，应考虑到带电线路的等效绝缘面积（由对地空气间隙距离确定）的影响，才能使整个等效绝缘截面得到保护。避雷器的合理布置和动作可靠性也极为重要，由于避雷器数目不足使雷击点距离避雷器位置太远、避雷器保护有效率低导致事故发生是应当避免的。根据不完全统计，输电线路避雷器保护有效率在70%～95%，尤其是对于防止易击段、易击塔、高阻区线路反击、绕击作用明显。这说明避雷器对于重点地区特别布防时具有较强作用。
当前防雷措施主要以避雷线为主，线路中间采用的避雷器分为绝缘子间隙、空气间隙和无间隙三种，实用中大部分采用了绝缘子间隙避雷器，约占70%，线路终端采用的避雷器分为无脱离装置、带脱离装置和带间隙避雷器，实用中以带脱离装置和无脱离装置占绝大部分。
三、当前防雷存在问题与综合防雷
虽然近年架设的输电线路普遍安装了避雷线且布置了大量避雷器，并且避雷器动作成功率较高，与此形成强烈反差的是防雷形势依然严峻，仍然有大量雷电击中输电线路的事故发生，其中不乏已安装避雷线的区域。输电线路遭受的雷击由直击雷和绕击雷，遭受雷击概率最大的线路，一般存在的问题有杆塔地网接地电阻过高、避雷线保护角过大等情况。这就要求在解决雷击问题上多方面考虑，采取综合防雷的方法。
当前在避雷线对输电线路的防雷保护角设计中，没有考虑输电线路带电所带来的影响，仍按照不带电线路进行规划设计，一般设计成对于不带电线路的防雷保护角≤25°，这就意味着对于带电线路防雷保护角将达不到这一指标，从而导致了绕击雷灾的发生。如果能在避雷线的设计中考虑到这一问题，将带电线路的等效绝缘面考虑进去，将使以安装避雷线的线路得到更有效的保护。这需要相关的设计、建设部门在实际工作中加以重视进而妥善解决。110kV及以上架空输电线路，在非雷击多发区采用单根避雷线即可，在雷击多发区，建议采用双根避雷线。这需要对杆塔进行改造或更换，以提高其保护角。同时应检验安装双跟避雷线后对线路的保护角是否达到规程要求。即110kV小于25°，220kV小于20°，大跨越杆段小于15°。此外参照雷击统计数据，必要时对于经常遭遇雷击的杆塔取消地线间隙，使避雷线通过杆塔接地，增加电流泄放能力。
除了布置更多避雷器，选择适当的布置点以及选用性能更好的避雷器是行之有效的办法。现场中的避雷器失效，多是由于避雷器安装不当、绝缘配合裕度不足、绝缘子缺陷等原因造成的。一般认为线路避雷器的工艺简单、技术成熟且制造水平和质量逐渐提高，故障率和缺陷率长期维持在较低水平，是可以接受的。如新型的金属氧化物避雷器MOA比以前的SiC避雷器结构简单、体积更小且价格更低，有优异的非线性福安特性，且无火花间隙和放电延时。
对杆塔地基进行必要的改造，对接地不良的杆塔基以拉线作为接地引下线进行改造，敷设地网，对通过内部钢芯接地的水泥杆应改为在外部单独敷设接地引下线，引下线可采用镀锌钢绞线，表面热镀锌，其截面应按热稳定要求选取。
增加雷电高发地区输电线路的绝缘子数目，可将合成绝缘子更换为加长型合成绝缘子，特别在春季雷雨季节到达前，对雷击多发区的线路强化绝缘子的检测工作，对不满足要求的绝缘子及时进行更换。对于发生过雷击事故的线路，应在有检修条件的情况下进行全面细致的检查。
高压输电线路的耐雷击水平随杆塔接地电阻增加而明显降低，同时电压等级越高，降低杆塔接地电阻所带来的效果也将越明显。对土壤本身电阻率较高的地区，可选择更换接地网形式、置换土壤等方法达到降阻目的。对于雷击多发区域的线路杆塔接地电阻应保证小于10Ω，山区也应小于l5Ω，不使用降阻剂可以维持土壤电阻率的水平。接地装置埋深达到大于0.6m，即可达到良好的接地水平，采用增大截面的接地引下线，引下线（热镀锌）表面要进行防腐处理。接地装置的开挖检查须检查接地装置的掩埋深度、接地网形式、接头质量和接地截面，对不合格的必需及时处理。降低杆塔接地电阻，还需要确保架空地线、接地引下线、地网相互之间的良好连接。
自动重合闸的有效投入使用有利于输电线路的快速恢复。由于雷电带来的巨大电流冲击，需要继电保护快速地切除线路以减少雷电所造成的影响。对于故障导致的继电保护动作断开开关后，无论故障是否发生，自动重合闸会在整定时间后将开关重合。如果是瞬时性故障，自动重合闸的作用将保证线路快速自动地恢复到运行状态。为了防止永久性故障导致的保护再次动作，自动重合闸一般只重合一次。根据运行经验，重合闸的成功率一般超过60%，简单有效。尤其是对于雷击故障，一般多次雷击不会发生在同一点，则重合闸的成功率更高。
有选择地采用线路防雷新技术可以进一步提高防雷装置的动作成功率。如湖北电网试用的可控避雷针作为一种新型防雷手段，经试用效果较好，可以尝试扩大其使用范围。欧美等国多采用并联间隙以降低线路的雷击事故率，结合省内外对线路避雷器的使用经验，对土壤电阻率高且经常遭受重复性雷击的杆塔，在采取其他防雷措施后效果仍不明显的情况下可考虑使用线路避雷器。在满足杆塔机械强度和导线对地距离情况下，在雷电活动强烈的线段为防绕击和反击，应根据地形地貌选用耦合地线防雷。提高使用雷电定位系统的技术水平和输电线路远程监测水平，可以快速查找故障点，准确分析判断雷害故障并快速处理解决。
制定长期有效的防雷工作管理规程，全面规范防雷工作，要既注重平时的监督执行、检查执行效果，又要在事故高发地区重点布防，加大雷雨季节的检查力度，提高限产工作人员的防雷意识和技术水平。制定统一的规程和检查方法有利于整个地区防雷水平的提高。
四、结语
由雷电导致的输电线路跳闸故障占有较大比重，防雷工作是雷雨活跃地区的重要安全工作。本文指出了雷电对于输电线路和电网的危害以及防雷的必要性。说明了当前采取的主要防雷措施以及防雷工作的难点，提出综合防雷是行之有效的方法，并指出综合防雷应该从避雷线的布置、避雷器的选择和布置、接地网的布置与检验、自动重合闸的合理选用、制定完善的防雷规章等多方面进行努力。此外，输电线路的防雷不能仅限于输电线路本身，输电线路的端点一旦发生雷击事故，所造成的影响将波及输电线路，从而造成更为严重的影响，因此对于变电站、发电厂等站点的防雷工作更加重要。由于雷击所带来的事故极为严重，影响极大且恢复困难，对雷击事故必须高度重视，必须在非雷雨季节将防雷工作布置好，在雷雨季节加强监测，方可有效地完成输电线路防雷任务。
参考文献：
[1]马春华．线路避雷器和绝缘子串的伏秒特性配合问题研究[J].高压电器,2007,1(13):68-69.
[2]GB／T 3l1．1～3l1.6-1983.高压输变电设备的绝缘配合高电压试验技术[S].北京:中国标准出版社,1985.
[3]彭向阳．广东线路避雷器防雷效果及其运行分析[J].电磁避雷器,2010,(2):21-25.
[4]杜永平,李加存.220kV变电站仅限防雷措施的完善[J].安徽电力,2007,(4):48-51.
[5]孙褆,孙鹏.湖北省高压输电线路防雷现状及其综合防雷措施[J].中国电力,2006,(2):35-38.
（责任编辑：刘俊卿）
关键词：输电线路；防雷；跳闸故障；避雷器
作者简介：陈宏（1974-），男，四川通江人，四川省电力公司宜宾电业局，工程师。（四川 宜宾 644100）
中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0113-02
现代电力系统中，雷害事故引起的跳闸占有很大比例，统计数据显示在雷灾严重地区由雷灾引起的输电线路跳闸事故达到或超过总跳闸事故的1/3。输电线路的雷电流高达数十安乃至数千安，足以引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应，威胁着人员、设备和电网的安全，因此雷雨活跃地区普遍将防雷工作作为安全工作的重中之重。[1，2]
本文结合统计数据与现场实际，分析雷电的危害及防雷的必要性，探讨防雷的主要措施及当前措施的主要缺陷，提出综合防雷的必要性及其方法。
一、雷电对于输电线路的危害
从输电线路以及电网的安全考虑，雷电的危害主要体现在两个方面：一是雷电放在输电线路上，会引起很高的过电压，导致继电保护动作跳闸，切断运行线路造成巨大损失；考验周围设备的绝缘水平和耐受能力，对人员、设备造成威胁。二是雷电带来巨大电流施加在输电线路上，导致雷电击中点炸毁、燃烧使导线损毁或熔断，巨大电流产生的强大电动力还会造成杆塔等电力设备的机械损伤。
雷电导致的灾害往往不能通过电力系统自身的修复能力自动恢复，造成设备损坏更是需要一定时间和力量进行检修处理。雷电发生集中在春季和夏季，正是生产集中的时期，这一时期的电力中断将会造成极大的经济损失。雷电天气发生在夜晚、环境恶劣地区的可能性较大，更增大了检修的难度。此外，运行中的输电线路比不带电的输电线路遭受雷击的可能性更大。我国每年都有大量因雷电导致停电事故的报道，[3-5]有效的防雷可以避免这些事故的发生，对于减少经济损失和提高电网安全可靠运行水平具有极其重要的意义。
二、主要的防雷方法及应用现状
输电线路所采用的防雷保护措施主要有：加装避雷线、降低输电杆塔的接地电阻、加强输电线路绝缘水平、加装耦合地线、加装消弧线圈、采用不平衡绝缘系统和采用自动重合闸设备等。
加装避雷线是当前应用最广泛也是最有效的方法。避雷线又称架空地线，是在输电线路的杆塔间架设裸露导线，并在部分节点装设避雷器，当有雷电击中避雷线时，将雷电引入大地，从而避免雷电击中输电线路造成损失。避雷线防雷的关键点在于如何保证雷电击中避雷线而不是其保护的线路。首先需要合理设置避雷线的数目，数目过少难以起到保护效果，数目多则需要较大的经济投入和施工难度，也为杆塔增加了负担。其次是避雷线的合理布置，表1列出了主要电压等级输电线路在雷击过电压时的最小对地空气间隙距离。在考虑对带电输电线路的安全保护措施时，应考虑到带电线路的等效绝缘面积（由对地空气间隙距离确定）的影响，才能使整个等效绝缘截面得到保护。避雷器的合理布置和动作可靠性也极为重要，由于避雷器数目不足使雷击点距离避雷器位置太远、避雷器保护有效率低导致事故发生是应当避免的。根据不完全统计，输电线路避雷器保护有效率在70%～95%，尤其是对于防止易击段、易击塔、高阻区线路反击、绕击作用明显。这说明避雷器对于重点地区特别布防时具有较强作用。
当前防雷措施主要以避雷线为主，线路中间采用的避雷器分为绝缘子间隙、空气间隙和无间隙三种，实用中大部分采用了绝缘子间隙避雷器，约占70%，线路终端采用的避雷器分为无脱离装置、带脱离装置和带间隙避雷器，实用中以带脱离装置和无脱离装置占绝大部分。
三、当前防雷存在问题与综合防雷
虽然近年架设的输电线路普遍安装了避雷线且布置了大量避雷器，并且避雷器动作成功率较高，与此形成强烈反差的是防雷形势依然严峻，仍然有大量雷电击中输电线路的事故发生，其中不乏已安装避雷线的区域。输电线路遭受的雷击由直击雷和绕击雷，遭受雷击概率最大的线路，一般存在的问题有杆塔地网接地电阻过高、避雷线保护角过大等情况。这就要求在解决雷击问题上多方面考虑，采取综合防雷的方法。
当前在避雷线对输电线路的防雷保护角设计中，没有考虑输电线路带电所带来的影响，仍按照不带电线路进行规划设计，一般设计成对于不带电线路的防雷保护角≤25°，这就意味着对于带电线路防雷保护角将达不到这一指标，从而导致了绕击雷灾的发生。如果能在避雷线的设计中考虑到这一问题，将带电线路的等效绝缘面考虑进去，将使以安装避雷线的线路得到更有效的保护。这需要相关的设计、建设部门在实际工作中加以重视进而妥善解决。110kV及以上架空输电线路，在非雷击多发区采用单根避雷线即可，在雷击多发区，建议采用双根避雷线。这需要对杆塔进行改造或更换，以提高其保护角。同时应检验安装双跟避雷线后对线路的保护角是否达到规程要求。即110kV小于25°，220kV小于20°，大跨越杆段小于15°。此外参照雷击统计数据，必要时对于经常遭遇雷击的杆塔取消地线间隙，使避雷线通过杆塔接地，增加电流泄放能力。
除了布置更多避雷器，选择适当的布置点以及选用性能更好的避雷器是行之有效的办法。现场中的避雷器失效，多是由于避雷器安装不当、绝缘配合裕度不足、绝缘子缺陷等原因造成的。一般认为线路避雷器的工艺简单、技术成熟且制造水平和质量逐渐提高，故障率和缺陷率长期维持在较低水平，是可以接受的。如新型的金属氧化物避雷器MOA比以前的SiC避雷器结构简单、体积更小且价格更低，有优异的非线性福安特性，且无火花间隙和放电延时。
对杆塔地基进行必要的改造，对接地不良的杆塔基以拉线作为接地引下线进行改造，敷设地网，对通过内部钢芯接地的水泥杆应改为在外部单独敷设接地引下线，引下线可采用镀锌钢绞线，表面热镀锌，其截面应按热稳定要求选取。
增加雷电高发地区输电线路的绝缘子数目，可将合成绝缘子更换为加长型合成绝缘子，特别在春季雷雨季节到达前，对雷击多发区的线路强化绝缘子的检测工作，对不满足要求的绝缘子及时进行更换。对于发生过雷击事故的线路，应在有检修条件的情况下进行全面细致的检查。
高压输电线路的耐雷击水平随杆塔接地电阻增加而明显降低，同时电压等级越高，降低杆塔接地电阻所带来的效果也将越明显。对土壤本身电阻率较高的地区，可选择更换接地网形式、置换土壤等方法达到降阻目的。对于雷击多发区域的线路杆塔接地电阻应保证小于10Ω，山区也应小于l5Ω，不使用降阻剂可以维持土壤电阻率的水平。接地装置埋深达到大于0.6m，即可达到良好的接地水平，采用增大截面的接地引下线，引下线（热镀锌）表面要进行防腐处理。接地装置的开挖检查须检查接地装置的掩埋深度、接地网形式、接头质量和接地截面，对不合格的必需及时处理。降低杆塔接地电阻，还需要确保架空地线、接地引下线、地网相互之间的良好连接。
自动重合闸的有效投入使用有利于输电线路的快速恢复。由于雷电带来的巨大电流冲击，需要继电保护快速地切除线路以减少雷电所造成的影响。对于故障导致的继电保护动作断开开关后，无论故障是否发生，自动重合闸会在整定时间后将开关重合。如果是瞬时性故障，自动重合闸的作用将保证线路快速自动地恢复到运行状态。为了防止永久性故障导致的保护再次动作，自动重合闸一般只重合一次。根据运行经验，重合闸的成功率一般超过60%，简单有效。尤其是对于雷击故障，一般多次雷击不会发生在同一点，则重合闸的成功率更高。
有选择地采用线路防雷新技术可以进一步提高防雷装置的动作成功率。如湖北电网试用的可控避雷针作为一种新型防雷手段，经试用效果较好，可以尝试扩大其使用范围。欧美等国多采用并联间隙以降低线路的雷击事故率，结合省内外对线路避雷器的使用经验，对土壤电阻率高且经常遭受重复性雷击的杆塔，在采取其他防雷措施后效果仍不明显的情况下可考虑使用线路避雷器。在满足杆塔机械强度和导线对地距离情况下，在雷电活动强烈的线段为防绕击和反击，应根据地形地貌选用耦合地线防雷。提高使用雷电定位系统的技术水平和输电线路远程监测水平，可以快速查找故障点，准确分析判断雷害故障并快速处理解决。
制定长期有效的防雷工作管理规程，全面规范防雷工作，要既注重平时的监督执行、检查执行效果，又要在事故高发地区重点布防，加大雷雨季节的检查力度，提高限产工作人员的防雷意识和技术水平。制定统一的规程和检查方法有利于整个地区防雷水平的提高。
四、结语
由雷电导致的输电线路跳闸故障占有较大比重，防雷工作是雷雨活跃地区的重要安全工作。本文指出了雷电对于输电线路和电网的危害以及防雷的必要性。说明了当前采取的主要防雷措施以及防雷工作的难点，提出综合防雷是行之有效的方法，并指出综合防雷应该从避雷线的布置、避雷器的选择和布置、接地网的布置与检验、自动重合闸的合理选用、制定完善的防雷规章等多方面进行努力。此外，输电线路的防雷不能仅限于输电线路本身，输电线路的端点一旦发生雷击事故，所造成的影响将波及输电线路，从而造成更为严重的影响，因此对于变电站、发电厂等站点的防雷工作更加重要。由于雷击所带来的事故极为严重，影响极大且恢复困难，对雷击事故必须高度重视，必须在非雷雨季节将防雷工作布置好，在雷雨季节加强监测，方可有效地完成输电线路防雷任务。
参考文献：
[1]马春华．线路避雷器和绝缘子串的伏秒特性配合问题研究[J].高压电器,2007,1(13):68-69.
[2]GB／T 3l1．1～3l1.6-1983.高压输变电设备的绝缘配合高电压试验技术[S].北京:中国标准出版社,1985.
[3]彭向阳．广东线路避雷器防雷效果及其运行分析[J].电磁避雷器,2010,(2):21-25.
[4]杜永平,李加存.220kV变电站仅限防雷措施的完善[J].安徽电力,2007,(4):48-51.
[5]孙褆,孙鹏.湖北省高压输电线路防雷现状及其综合防雷措施[J].中国电力,2006,(2):35-38.
（责任编辑：刘俊卿）