架空输电线路防雷使用原则

1、架空地线

1.1 重要线路

重要线路应沿全线架设双地线，地线保护角一般按下表选取。

表 重要线路地线保护角选取

对于绕击雷害风险处于Ⅳ级区域的线路，地线保护角可进一步减小。两地线间距不应超过导地线间垂直距离的5倍，如超过5倍，经论证可在两地线间架设第3根地线。

1.2 一般线路

除A级雷区外，220kV及以上线路一般应全线架设双地线。110kV线路应全线架设地线，在山区和D1、D2级雷区，宜架设双地线，双地线保护角需按下表配置。220kV及以上线路在金属矿区的线段、山区特殊地形线段宜减小保护角，330kV及以下单地线路的保护角宜小于25°。运行线路一般不进行地线保护角的改造。

表 一般线路地线保护角选取

2、绝缘子

线路绝缘子的配置首先应满足一般杆塔的设计要求，即使线路能够在工频持续运行电压、操作过电压及雷电过电压等各种条件下安全可靠的运行，对海拔不超过1000m地区的输电线路，操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串绝缘子片数不应小于表6?3所列数值。耐张绝缘子串的绝缘子片数应在表6?3的基础上增加，对110kV、220kV输电线路增加一片，500kV输电线路增加两片。跳线绝缘子串的绝缘水平应比耐张绝缘子串低10%。

表 线路悬垂绝缘子每串最少片数和最小空气间隙

90%以上的直击雷为负极性雷，在雷电冲击电压作用下，当雷击塔顶或地线时，相当于在导线上施加正极性雷电冲击电压于绝缘子上，所以，线路绝缘子串应采用正极性雷电冲击击穿电压的数据。根据大量试验资料表明，绝缘子串的雷电冲击闪络电压和绝缘子型式关系不大，而主要决定于绝缘子串长。一般说来，绝缘子串的50%放电电压可用下式求得：

U_50%=533L_x+132

式中，U_50%为绝缘子串50%冲击放电电压，单位为kV；L_x为绝缘子串长度，单位为m。

可以通过以下方式提高线路的绝缘水平：

2.1 加强绝缘

加强绝缘配置能直接提高输电线路的耐雷水平，使线路反击耐雷水平得到提高，对绕击耐雷水平也有改善，降低线路总体雷击跳闸率。但是，除经济因素外，加强绝缘还会受杆塔头部绝缘间隙及导线对地（或交叉跨越）安全距离的限制，故只能在有限的范围内适当增加绝缘子片数或复合绝缘子干弧长度来提高绝缘水平。处于C1～C2雷区的线路使用复合绝缘子时，干弧距离宜加长10%～15%，或综合考虑在导线侧加装1～2片悬式绝缘子；处于D1～D2雷区的线路，在满足风偏和导线对地距离要求的前提下，使用复合绝缘子时，干弧距离宜加长20%，或综合考虑在导线侧加装3-4片悬式绝缘子。

2.2 使用复合绝缘材料

相比传统的瓷、玻璃绝缘材料，硅橡胶复合绝缘材料制作的伞群耐受雷击闪络后的工频续流电弧性能更好，电弧灼烧引起局部温度升高不会破坏复合绝缘伞群，雷击不易造成复合绝缘子掉串掉线、发生永久性接地故障，重合闸成功概率高，而瓷/玻璃伞群则容易发生应力破碎。线路绝缘复合化对线路防雷保护是有益的。多雷区若使用复合绝缘子，宜加长10%～15%，并注意均压环不应大幅缩短复合绝缘子的干弧距离。对于电压等级110kV及以下的棒形悬式复合绝缘子，一般未安装均压环，应关注雷击闪络后工频续流电弧烧损绝缘子端部金具、护套和密封胶的问题，可能造成芯棒密封破坏，长期运行后潜在芯棒脆断或端部金具锈蚀抽芯的安全隐患，宜对雷区等级C1及以上地区的复合绝缘线路易击段加装线路避雷器或并联间隙。

2.3 设置不平衡绝缘

1) 同塔多回输电线路由于导线多采用垂直排列，杆塔较高，除引雷概率增加外，当雷电流足够大时，可能会发生同塔多回线路的绝缘子相继反击闪络，造成多回同时跳闸故障，对电网产生较大的冲击，影响系统运行的可靠性，严重时甚至可引起系统的解列。因此，为减少多回同时跳闸率，330kV及以上同塔多回线路宜采用平衡高绝缘措施进行雷电防护；220kV及以下同塔多回线路宜采用不平衡高绝缘措施降低线路的多回同时跳闸率；对于220kV及以下同塔双回线路，较高绝缘水平的一回宜比另一回高出15%。需要注意的是，不平衡高绝缘对同塔多回线路单回反击闪络率几乎没有改善。

2) 不同电压等级同塔多回线路可以视作是不平衡绝缘方式，低绝缘线路易反击闪络，闪络后增强了耦合作用，提高了高绝缘线路的反击耐雷水平。

3、接地装置

杆塔接地电阻直接影响线路的反击耐雷水平和跳闸率。当杆塔接地装置不能符合规定电阻值时，针对周围的环境条件、土壤和地质条件，因地制宜，结合局部换土、电解离子接地系统、扩网、引外、利用自然接地体、增加接地网埋深、垂直接地极等降阻方法的机理和特点，进行经济技术比较，选用合适的降阻措施，甚至组合降阻措施，以降低接地电阻。

降低杆塔接地电阻技术是通过降低杆塔的冲击接地电阻来提高输电线路反击耐雷水平的一种输电线路防雷技术，其原理是：当杆塔接地电阻降低时，雷击塔顶时塔顶电位升高程度降低，绝缘子承受过电压减小，提高了线路的反击耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率。具体使用原则如下：

对于接地电阻值的要求，分为重要线路和一般线路。

3.1 重要线路

新建线路：每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时不宜超过下表所列数值。

表 重要线路杆塔新建时的工频接地电阻

运行线路：对经常遭受反击的杆塔在进行接地电阻改造时，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时不宜超过下表所列数值。

表 重要线路易击杆塔改造后的工频接地电阻

3.2 一般线路

新建线路：每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过运行时的上表所列数值。

运行线路：

1) 对经常遭受反击的杆塔在进行接地电阻改造时，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时应小于下表所列数值；

表 一般线路杆塔的工频接地电阻

2) 重要同塔多回线路杆塔工频接地电阻宜降到10Ω以下；

3) 一般同塔多回线路杆塔宜降到12Ω以下；

4) 严禁使用化学降阻剂或含化学成份的接地模块进行接地改造；

5) 对未采用明设接地的110kV及以上线路的砼杆，宜采用外敷接地引下线的措施进行接地改造。

4、线路避雷器

安装线路避雷器是防止线路绝缘雷击闪络的有效措施。受制造成本限制，线路避雷器不适合大范围安装使用，应根据技术经济原则因地制宜地制定实施方案。选择使用线路避雷器时应遵循以下原则：

1) 一般线路不推荐使用线路避雷器。在雷害高发的线路区段，当其它防雷措施已实施但效果仍不明显时，经充分论证后方可安装线路避雷器；

2) 应优先选择雷害风险评估结果中风险等级最高或雷区等级最高的杆塔安装线路避雷器；

3) 雷区等级处于C2级以上的山区线路，宜在大档距（600m以上）杆塔、耐张转角塔及其前后直线塔安装线路避雷器；

4) 重要线路雷区等级处于C1级以上且坡度25°以上的杆塔、一般线路雷区等级处于C2级以上且坡度30°以上的杆塔，宜安装线路避雷器；

5) 雷区等级处于C1级以上的山区重要线路、雷区等级处于C2级以上的山区一般线路，若杆塔接地电阻在20Ω到100Ω之间且改善接地电阻困难也不经济的杆塔宜安装线路避雷器；

6) 安装线路避雷器宜根据技术-经济原则因地制宜的制定实施方案，线路避雷器安装方式一般为：

a）330～750kV单回线路优先在外边坡侧边相绝缘子串旁安装，必要时可在两边相绝缘子串旁安装；

b）220kV单回线路必要时宜在三相绝缘子串旁安装；

c）110kV单回线路在三相绝缘子串旁安装；

d）330kV及以上同塔双回线路宜优先在中相绝缘子串旁安装，安装时应以导线绝缘子串干弧距离与导线-下方横担的空气间隙距离较小者确定线路避雷器的参数以及安装位置；

e）220kV及以下同塔双回线路宜在一回路线路三相绝缘子串旁安装。

线路避雷器常用的安装方式主要有以下三种：上接地安装、下接地安装和侧面接地安装。

上接地安装方式基本上均采用一过渡安装支架，其一端固定于杆塔横担上沿线路走向方向伸出，另一端作为避雷器的悬挂端，通常导线、绝缘子串、避雷器处于一个平面内。图a是这种安装方式的典型代表。但是针对不同的杆塔，过渡安装支架也有沿横担方向往外伸出的，如下图b所示。

图a1 单回直线塔边相导线上方安装（纯空气间隙）

图a2 单回直线塔边相导线上方安装（绝缘子支撑间隙）

图b 单回直线塔边相导线外侧安装

下接地安装方式对于不同的间隙结构而言略有不同。对于纯空气间隙而言，需要在导线下方塔身的适当高度处另外设计安装一个辅助支架，而避雷器本体以站立的形式安装于辅助支架上，在导线和避雷器上端之间形成串联间隙。这时的避雷器类似于一个支架式安装的电站避雷器，如下图单回直线塔边相导线下方安装所示。下接地安装方式对于绝缘子支撑间隙避雷器而言，安装起来要方便得多，避雷器的上挂点通过合适金具直接连接于绝缘子串的下金具上，而避雷器的接地端可以连接于下方的类似辅助支架上，或者用满足强度要求的接地线直接斜拉安装与塔身上，如下图单回耐张塔边相导线下方安装和下图同塔双回直线三相导线下方安装所示。

图 单回直线塔边相导线下方安装(纯空气间隙)

图 单回直线塔边相导线下方安装(绝缘子间隙)

图 单回耐张塔边相导线下方安装(纯空气间隙)

图 单回耐张塔边相导线下方安装(绝缘子间隙)

图 同塔双回直线三相导线下方安装-绝缘子间隙

无论以何种方式安装，纯空气间隙避雷器要特别注意的是间隙距离的保证，绝缘子支撑间隙避雷器要特别注意的是连接金具、连接导线和接地端的机械强度，还要有适度的活动范围以使得避雷器能随导线可以自由活动。

5、并联间隙

并联间隙在绝缘子上的布置应合理，并联间隙的安装使用应满足以下条件：

1) 对于直线塔的悬垂串，并联间隙电极尽量顺导线布置；

2) 耐张绝缘子串的并联间隙，仅在绝缘子串向上的一侧安装并联间隙电极；

3) 同塔双回线路直线杆塔可优先选择安装并联间隙，并选择绝缘水平较低的一回进行安装；同塔双回耐张塔的导线一般都是垂直排列，上方导线的跳线距下面横担的距离相对较近。若在同塔双回耐张塔的耐张串上安装并联间隙，中相下相发生闪络后，间隙上产生工频电弧的弧腹会向上飘移，若弧腹飘移到上方导线的跳线处就会造成相间短路，故应慎重考虑在同塔双回线路耐张串上安装并联间隙；

4) 在已经运行输电线路（玻璃）绝缘子串上安装并联间隙，为降低输电线路的雷击跳闸率，可在安装并联间隙的同时在绝缘子串上增加1～2片绝缘子。但需注意以下因素：

a）若耐张串增加绝缘子片后对档距弧垂、塔头空气间隙影响较大，可不增加绝缘子；对于特殊易击耐张塔，耐张串安装并联间隙且不增加绝缘子会显著影响整条线路的雷击跳闸率，则不安装并联间隙，可考虑安装线路避雷器。

b）增加绝缘子会影响杆塔的塔头空气间隙及交叉跨越距离，特别是猫头塔、酒杯塔的中相，以及线路跨越其他线路、公路的情况。若增加绝缘子使杆塔的塔头空气间隙及交叉跨越距离不满足设计要求时，可不增加绝缘子。对于110kV及以下输电线路，若全线均是猫头塔或酒杯塔，则安装并联间隙时需慎重考虑中相是否增加绝缘子。

中雷区及以上地区或地闪密度较高的地区，可采取安装并联间隙的措施来保护绝缘子，以降低线路运维工作量。500kV核心骨干网架、500kV战略性输电通道和110kV及以上电压等级重要负荷供电线路不宜安装并联间隙。同塔双回线路，可选择雷害风险较高的一回进行安装。500kV同塔双回耐张塔不宜安装并联间隙，110kV、220kV同塔双回耐张塔宜仅在上相安装。

6、避雷针

6.1 塔顶避雷针

采用塔顶避雷针技术应注意：

1) 塔顶避雷针应安装在线路容易遭受雷击的线段或杆塔，这些杆塔均位于风口、边坡、山顶、水边，遭受雷击的几率比一般地形杆塔大很多；

2) 对于安装点的选取还需进一步积累经验，需结合杆塔的型式和地形地貌总结一套行之有效的方法；

3) 220kV及以上线路安装塔顶避雷针的杆塔应严格控制考虑季节系数修正后的杆塔工频接地电阻不大于15Ω；

4) 110kV及以下线路不应安装塔顶避雷针。

6.2 塔头侧针

在使用塔头侧针时应注意：

1) 220kV及以上单回线路宜水平安装在边相导线横担上，且推荐采用伸出横担长度为2.0m以上的塔头侧针；

2) 220kV及以上同塔双回线路宜优先水平安装在中相导线横担上，且推荐采用伸出横担长度为2.0m以上的塔头侧针；

3) 110kV及以下线路不应安装塔头侧针；

4) 安装于杆塔横担的塔头侧针应注意选择合适的针长以起到较好的屏蔽效果；

5) 塔头侧针的有效性是在长间隙放电缩比模型试验中得出的，其原理还没有得到充分验证，仍待商榷。

6.3 耦合地线

耦合地线作为一种反击防护措施可用于一般线路，其可增加导线和地线之间的耦合作用，同时具有分流作用。在满足杆塔机械强度和导线对地距离情况下，可根据地形地貌采用架设耦合地线技术。

耦合地线的装设受杆塔结构、强度、弧垂对地距离、地形地貌等诸多因素的影响和限制，应用此项技术时应注意以下事项：

1) 实际应用中，考虑耦合地线被盗严重应慎重选用；对于已架设耦合地线的线路则应加强巡视和维护。

2) 应充分考虑耦合地线与导线的电气距离配合，特别是交叉跨越时的配合。

3) 由于在导线下面增设的耦合地线，增加了杆塔荷载，部分杆塔及挂线点需补强及增设，因此应做好杆塔强度的校核工作。

4) 应按照设计规程要求，在架设耦合地线前，做好耦合地线对地距离的校核工作，以确保人身的安全，同时防止送电线路设施的人为破坏。

5) 风口、大跨越处慎用，防止强对流天气下耦合地线上扬造成故障。

来源：输电线路技术