探究220kV 高压输电线路防雷接地技术

探究220kV 高压输电线路防雷接地技术

摘要：随着现代经济和社会的发展及供电需求的提高，对于高压输电线路的安全性和可靠性要求也越来越高，增强高压输电线路的稳定运行性能成为电网发展的重要任务之一。然而由于雷电原因引起的线路安全问题时有发生，其常常导致大范围的停电跳闸事故，给国家和社会造成巨大损失。因此，加强有关220kV 高压输电线路防雷接地技术的分析，对于提高输电线路运行质量和安全性具有重要的现实意义。

关键词：220kV；高压输电线路；防雷接地技术

1 220kV 高压输电线路雷击的产生

1.1 220kV 高压输电线路雷击原因

在雷击时因为通断会在雷击位置发生作用而形成强烈的感生电流。220kV 高压输电线路多以架空为主体，当发生雷击时，感生电流会通过输电线路侵入到电力系统中，引起电力设备和通信系统的破坏。虽然大部分220kV 高压输电线路都设置了高压避雷器、阀型避雷器等避雷装置，但由于这些装置反应动作缓慢且残压较高，会使低压输电线形成较强的暂态过电压，大大降低了输电线路的防雷效果。

1.2 电线感应起电的产生

雷云在先导、移动、起电放电过程中会在架空导线周围形成一定的静电感应，当雷云朝向大地放电时，在导线中聚集的电荷会转换为自由电荷，其会通过感生电流的形式向线路的两头均匀对称移动从而形成一定的电流。移动电流与导线波阻作用会生成上千伏以上的雷电感应电压，其会对高压输电线造成严重影响。

1.3雷害的发生

当雷击作用在高压输电线路后，会形成一定的高压输电线路雷害事故，其主要表现在四个方面：高压输电线路出现较强的工频电压；高压输电线出现冲击闪络；高压输电线路形成过电压；高压输电线路跳闸。

2 220kV 高压输电线路防雷接地技术

2.1 接地

接地的目的是将进入到防雷系统的闪电能量释放到大地中，良好的接地技术能够使引下线上的电压迅速降低，防止杆塔接地电阻引起的反击事故的发生。

2.1.1 强化电磁感应型接地装置

按照雷击闪络的反击原理，适当的减少接地电阻和电感、提高耦合系数是增强220kV 高压输电线路防雷性能的重要方法。根据原有理论观点，要想提高耦合系数只能通过耦合地线和架空地线的方式完成。而实际的雷击过程中经过了稳态电磁感应和暂态行波阶段，如果改变相应的接地装置分布范围，同样可以使耦合系数提高。当ρ>500Ω？m 时可采用图1 所示的强化电磁感应杆塔接地射线，此结构能够加强杆塔接地结构的抗陡波雷击性能。当ρ>1000Ω？m 时可采用图2 所示的强化型接地装置结构，其能够增加电磁耦合系数，使线路的耐雷水平得到一定程度的提高。

2.1.2 安装垂直地极

在高土壤电阻率区域，作为重要的接地弥补措施，使用垂直地极能够明显改善表面土壤接地质量较差的问题。应当在杆塔附近位置安装适当数量的垂直接地极。对于铁塔，安装垂直接地极时可以在距离杆塔6m 的位置进行；对于水泥杆塔，安装垂直接地极时可以在距离杆塔4m 的位置进行。垂直地极要采用角钢或圆钢的方式进行加工，地极间隔距离保证在4～6m的范围，地极长度应当在1.5m 以上。如果将垂直地极安装在高土壤电阻率的山区应当增加埋设深度至0.8m 左右。在陡坡地形时要根据垂直地表面的深度进行地极安装深度的计算，其目的是保证接地极的散流效果，避免由于洪水冲刷等使接地极丧失散流功能。

2.1.3 采用消弧线圈接地方法

消弧线圈接地方法在雷电活动频繁和接地电阻难以降低的地区比较常用，此种方法能够大幅度减少单相着雷闪烁故障的发生。这些地区还可以采用中性点不接地的方式进行防雷。按照一般情况，当三相和二相着雷时，一相导线却不会因为雷击的发生而出现跳闸问题。导线闪烁后和地线的作用一致，这时就等同于提高了线路的耦合作用，降低了未发生闪烁问题的相绝缘子的电压，从而使线路耐雷水平提高。

2.1.4 采用降低杆塔的方式使接地电阻减小

采用降低杆塔的方式来使接地电阻减小是提高220kV 高压输电线路防雷性能的重要手段。在较低电阻率的土壤地区可以全面利用杆塔的自然接地电阻，而在高土壤地区，可以利用降阻剂或延长接地的方式降低接地电阻。

2.1.5 架设耦合地线

通常会在降低杆塔接地电阻发生困难的时候采用架设耦合地线的方式，使用时会在导线下方另外添加一条接地线，以此增强输电线路的反击耐雷性能、减少反击跳闸问题的发生。架设耦合地线的作用机理包含两方面的内容：一方面耦合地线能过使杆塔的分流系数得到不同程度的减少，尤其在接地电阻率较高的区域，能够让雷电感生电流经过邻近杆塔的接地装置进行散流，进而降低杆塔的电压；另一方面耦合地线能够增强地线与导线间的耦合性能，当雷击出现在塔顶时

可大幅度减小形成的感应电压，从而使绝缘子串受到的冲击电压尽可能降低。

按照架设位置可以将架设耦合地线技术分为侧面耦合地线和直挂式耦合地线两种，侧面耦合地线能够增强地线的屏蔽性能，防止线路绕击问题的发生。

2.2 避雷

2.2.1 设置侧向避雷针

杆塔测针技术是指在杆塔上设置水平测针，以扩展避雷线保护区域、增加避雷线对弱雷吸引数量从而减少输电线路绕击率发生的一种避雷技术。其工作原理是：当雷云先导放电距离地面一定高度时，避雷针能够通过改变先导通道的电场使电场移动方向从雷电转换到避雷针的接闪器连线上，从而使雷云中的电荷移动到避雷针中进行安全释放。

相对于避雷线或保护角的防雷方式，避雷针具有更强的引雷能力，其针形结构能够加强对较低空间产生的弱雷的吸引而减弱对较高空间内强度较大强雷的吸引，因此能够起到良好的防雷避雷效果。具体设置方法是：在杆塔横担靠挂点附近分别在前后两端倾斜出45 度的位置设置长约3m 的防绕击侧向避雷针。