220kV高壓輸電線路防雷接地技術探析

陳 卓 陳嘉康

（國網重慶電力公司北碚供電分公司）

0 引言

輸電線路受到雷電威脅較大，在電路連接設計時，需要考慮其防雷性能和特點，確保防雷效果符合要求，保障高壓電路的正常使用。目前常見的防雷方式可以歸納為兩種，其一為將雷電阻擋在設施之外，避免雷電進入而影響系統運行；其二為將雷電引導到其他區域，減輕雷電對重點區域相關設備的影響。

1 220k V輸電線路雷擊形式

高壓輸電線在被雷擊時會發生閃絡，以此為依據，將輸電線路的雷擊形式分為兩類：

其一為直擊。在雷電直擊塔頂避雷線時，電流會通過避雷線傳導入相鄰的桿塔結構，隨著桿塔傳輸到大地。該情況下一部分雷電電壓會留在桿塔中，與導線上的電位形成高位電壓差，從而引發桿塔導線閃絡。此類雷擊故障在山區輸電線中發生概率相對較高。

其二為繞擊。在雷電經過線路時，受到電感影響，容易出現雷電繞擊故障，發生時會產生瞬間高壓，使導線電位快速提高，此時導線的電位差與桿塔電位差相差過大，引起絕緣子串擊穿放電，隨之出現閃絡現象［1］。由于繞擊產生的瞬時電壓和電流較大，使其危害相對較大且發生較為頻繁，其中高壓線路發生概率更大，一般占總繞擊的80%左右。對其產生原因進行分析，能夠發現其與高壓線路保護角有關，具體公式如下：

其中，Pa為輸電線路繞擊率；β為高壓線路保護角。

根據相關架空電線設計技術規程，在保護角小于等于10°時，發生繞擊概率下降較為明顯，在超過10°時，雷電繞擊概率提升，且跳閘概率提升到68%以上。因此，在進行防雷系統設計時，應減小高壓線路保護角，以降低雷電故障概率。

2 220k V輸電線路防雷保護配置

隨著輸電線路網絡的不斷完善，雷電對輸電線路的影響也在不斷增大，為保障輸電線路的穩定性，應積極優化線路保護配置。通過利用線路保護方式，在危險情況下保護輸電線路不受雷擊影響，維護系統安全運行。在設置配置方式時，應分析雷擊風險和特點，結合實際情況優化線路配置方案，以全面提高輸電線路的運行穩定性。

輸電線路主線連接過程中，應按照標準順序和要求設計，確保電能順利傳輸到變電站中。為降低雷電帶來的影響和破壞，在主線路設計時，應明確線路的負荷大小以及系統備用容量情況，針對實際情況，提高線路的可靠性和靈活性。在220kV輸電線路中，基本接線連接分為有匯流母線連接和無匯流母線連接，按照不同連接方式要求進行連接，提高接線安全性。在變電站側主接線設計時，應按照《電力工程電氣設計手冊》要求，使用單母線分段連接方式。當出現一組母線故障停電時，系統自動調整使用另一組母線完成正常供電，在交替使用的情況下，提高輸電線路的運行安全性和效率。

在主接線中配置相應的安全裝置，一是設置隔離開關，在變壓器機組單元連接時，設置隔離開關，注意避免將隔離開關設置在出口處，以免影響實際應用效果，同時在出線上設置斷路器和電抗器，提高線路穩定性。二是設置接地刀閘或接地器，在斷路器兩側或隔離開關線路上配置接地刀閘，加強線路檢修安全性。

3 防雷接地技術基礎概念

防雷接地技術需要將雷電導入到大地中，因此，需要考慮該區域的土壤電阻率情況，確保土層能夠順利將電流轉移出去［2］。在測量時，需要在區域范圍內設置不同的測量點，測量該位置的電阻情況，利用該電阻值模擬分析區域電阻率，如圖所示。

圖 模擬法測量土壤電阻率的原理圖

圖中M為接地電阻測量設備；G為被測量土壤區域中的接地裝置；P1、P2、P3為測量電壓極；C1、C2為測量電流極；h為測量電極長度。

將該系統安裝在土壤較為均勻的環境中，進行測量，使用公式（2）計算電阻率ρ：

其中，d為接地電極的直徑；h為電極長度；R為電阻。

通過模擬法分析，并在實際的場地中設置測量點，得到不同季節條件下土壤的季節系數Ψ，結果見表。

表 不同土壤的季節系數

結合土壤實際情況，計算土壤電阻率：

其中，ρ1是計算值；ρ0為實測值；Ψ為季節系數。

4 高壓輸電線路防雷接地方法

4.1 合理構建輸電線路傳輸路徑

設置線路時，應提前了解傳輸路徑中是否穿過雷擊嚴重區域，同時調整設計路徑避開雷區，才能從根本上減少雷擊的發生次數。相關設計人員應明確工程施工的區域，并探究其中是否存在森林、礦區等復雜地勢環境，適當調整線路，避開此類地形，以減少雷擊的風險［3］。

4.2 降低桿塔接地電阻

為減少雷擊情況下對輸電線路的沖擊力，在進行系統設計時，需要計算桿塔的電阻和土壤的導電率，并與相關的電壓保護規范進行對比，優化整體架空線路中桿塔的設計與應用［4］。在防雷桿塔結構接地施工過程中，應采取恰當的方式降低接地電阻，設計和施工人員應采取恰當的施工方式，將電阻降到10Ω以內，提高結構的防雷能力。在施工過程中，首先，可以選擇水平外延接地的方式，將桿塔所在區域進行調整，構建能夠實現水平放射的區域，并調整地下結構。其次，可以通過深埋桿塔接地極的方式，將桿塔結構中的接地極埋設深度加深，提高結構的安全性。最后，采用填充法降低電阻，在桿塔附近的土層中填埋電阻率較低的物質，利用該類物質代替原本的土層結構，從而達到降低電阻、順利導電的效果，全面強化防雷接地施工質量。

4.3 架設接地線及避雷器

在防雷接地施工時，需要架設耦合接地線，該方法可以在一定程度上降低接地電阻，使桿塔實際輸電的穩定性更加理想。在輸電導線下方設置一條接地導線，并將其通過架設的方式連接到大地。在出現較大的雷擊現象時，耦合接地線能夠幫助桿塔分流，降低桿塔輸電壓力，保障整體接地結構運行的高效性。一般情況下，220kV高壓輸電線路中合理配置架設耦合接地線，能夠明顯降低雷擊帶來的影響，其中跳閘率能夠降低50%左右，具有較高的實用性。

避雷器主要包括線路型避雷器和側向避雷針，在安裝線路避雷器時，應將其與線路絕緣子按照串并聯的方式連接，以提高線路的抗雷擊能力。此類避雷器能夠在雷擊狀態下將雷電分流，使電流分別進入桿塔結構和線路，最后導入大地。在實際安裝施工時，為提高防雷性能，可以適當調整導線電位，降低電位差，從而降低閃絡發生概率，提高輸電線路運行的安全性。

4.4 優化設備結構體系

為進一步優化防雷接地技術的實施效果。一方面，應采用并聯保護間隙技術，利用并聯的金屬電極構成間隙，放置到閃絡位置，避免絕緣子受到閃絡電弧影響，維持整體系統的穩定性。另一方面，應優化絕緣結構，一是應合理調整絕緣子串的具體片數，結合當地的雷擊情況以及實際輸電防雷接地工程的耐雷要求，計算并選擇絕緣子串片數，提高絕緣效果。二是優化塔頂空氣間隙絕緣能力。分析塔頂輸電線路對空氣間隙的絕緣強度需求，合理調整間隙的絕緣性能，大幅度降低閃絡故障的發生概率。

5 結束語

綜上所述，在電力系統不斷發展過程中，通過分析得出以下結論： （1）為使220kV高壓輸電線路在不同條件下均保持穩定性，應在電路系統上設置完善的防雷接地體系； （2）通過借助高效的防雷設施和方法，有效提高對雷電的抵抗能力，進一步降低雷擊帶來的不良影響； （3）防雷接地方法是輸電線路防雷擊的重要手段，通過優化電路中桿塔設置情況、防雷體系安裝流程等方式，全面加強防雷系統施工效果，維護高壓輸電線路的運行安全。