可控放电避雷针在东莞500kV高压输电线路上的应用

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近年来雷击引起输电线路跳闸故障日益增多，东莞地区属于多雷区，常发生雷击线路跳闸故障，为减少输电线路雷击故障，采取了各种综合防雷措施，如降低杆塔接地电阻、提高线路绝缘水平等，取得了一定效果，但对绕击雷造成的线路故障仍无好的对策，经参考调查各地运行经验，拟在运行中的500kV惠东甲线安装可控放电避雷针以减少线路绕击跳闸故障的发生。

可控放电避雷针是武汉高压研究所经大量的高压试验及长期防雷研究而取得的研究成果。该种避雷针通过释放雷云电荷来避免较大电流的下行雷放电，采用较小电流的上行雷闪放电，从而大大提高了保护可靠性，且保护范围较传统避雷针广，更不受保护物高度影响。经数千次高压放电实验证实，其引发的电流型式确为上行雷，且通过国内多位专家认可，是一种设计合理，应用前景广泛的雷击防护装置。

1　可控放电避雷针的结构及原理

一套可控放电避雷针由接地引线、针头、接地装置组成，其针头包含动态环、储能装置及主针。

上行雷闪和下行雷闪是雷云对地面及地面建筑等物体放电的两种型式，其中上行雷闪的放电电流产生是一个持续向上发展的过程，极少出现由上向下的主电流放电，即使出现主电流放电，也因雷云提供的电荷供给量不足而使放电电流较小；而下行雷闪的放电电流是从上向下发展，且其主要放电发生过程靠近地面，电荷供给充足，故其电流较大且放电迅速。

可控放电避雷针正是根据上行雷闪与下行雷闪不同的特性，利用上行雷闪电流小、陡度低、不绕击的特点，兼顾考虑上行先导对地面物体上感应过电压的抑制作用，通过合理的设计，使避雷针能够成功的激发上行雷闪，用以中和雷云电荷，达到雷击防护的目的。

上行雷闪被引发前，避雷针主针针尖周围空间的电荷数量，需要限制在较少的范围内，才能使主针成功的向上发展放电脉冲。可控放电避雷针附近电场强度不高时，避雷针针体上的动态环促使动态环和避雷针主针针尖上的电位随周围大气电位高低上下浮动，故电位差比较小，可控放电避雷针的储能装置于此时储存雷云电场的能量。因为此时地面电场强度不高，达不到雷云对地面物体放电所需强度，故避雷针的针头极少发生电晕放电。当雷云电场强度增大，上升至即将对可控避雷针和避雷针保护范围内的地面物体放电，并产生雷闪时，储能装置将上行雷闪引发前储存的能量释放出来，使避雷针主针上的电场强度突破动态环的限制，针尖上的电场强度极速上升，短时间内达到能量释放前百倍以上，致使主针针尖周围空气瞬间放电，形成极大的放电脉冲，突破空间电荷的阻碍，迅速往上发展，最终形成上行雷闪，直至雷云电荷中心，并阻止雷云底部雷闪向下发展。

上行雷闪形成过程中，如第一次放电脉冲无法形成上行雷闪，随着放电脉冲形成的空间电荷的消散，储能装置再次进入储能状态，为第二次放电脉冲的产生做准备。上述过程循环进行，总能成功的激发上行雷闪。

2　可控放电避雷针的保护特性

可控放电避雷针保护区域较普通避雷针大，且在这个保护区域内，被保护物体几乎不会遭到绕击，例如可控放电避雷针保护角为55度时，其保护范围内绕击概率小于0.001％；如按目前规程规定，被保护对象遭受绕击的概率为0.1％时，可控放电避雷针的保护角为66度度，远高于普通避雷针。而且可控放电避雷针更加适用于高压输电线路的防雷，因为其放电电流小，陡度低，按现有的设计要求，35kV以上输电线路的耐雷水平完全可以承受该放电电流，不会跳闸且产生的感应过电压也很小，另外可控放电避雷针拥有更大的保护范围、更强的引雷能力，因此可以更好的降低输电线路的绕击率。

3　安装线路基本情况

安装线路为东莞500kv惠东甲线，电压等级为500kV，投运时间为2000年，基本为单回路线路，500kV线路全长50.614千米，现有铁塔116基，其中直线塔103基，耐张转角塔13基。线路导线为4×LGJQ－300，导线安全系数K＝2.5，导线年平均运行张力为导线拉断力的25％；地线型号为LGJ－95／55，地线的安全系数K＝3.26，地线的年平均运行张力为地线拉断力的25％。线路所经地区为山区，杆塔多立在山顶及山坡处，且线路所在地区雷暴日为77.2天，属于多雷地区，线路易遭雷击。

4　可控放电避雷针的安装

于线路中易遭雷击的杆塔上每基杆塔安装两套可控放电避雷针，每套避雷针加工避雷针升高支架一套，避雷针安装在升高支架上，升高支架通过连接角钢与铁塔连接。避雷针耐张塔安装在地线横担顶部，两侧各一套，直线塔安装在铁塔地线羊角上。避雷针连接角钢采用螺栓夹紧固定在铁塔地线横担主材上，连接角钢上预留安装孔用于安装避雷针升高支架。

5　避雷针安装前后杆塔雷击跳闸率对比

可控放电避雷针能有效的降低被保护物的绕击率，根据资料，当被保护对象遭受绕击概率允许达到0.1％时，可控放电避雷针的保护角达到66.4度，绕击概率不大于0.001％时的保护角为55度，故本工程杆塔安装避雷针后，在避雷针66.4度保护角范围内导线绕击概率为0.1％，在避雷针55度范围内绕击率为0.001％，相对未安装前0.2％左右的绕击率大幅度降低。

因杆塔雷击跳闸率与绕击率有关，通过降低绕击率即可降低杆塔雷击跳闸率，经对避雷针安装前后杆塔雷击跳闸率进行理论计算后，对比计算数据，铁塔安装可控放电避雷针后，因耐张塔及呼称高较低的直线塔未安装避雷针前雷击跳闸率已经较小，故安装效果不明显，如惠东甲线N8塔，塔型JT31－27，安装前杆塔雷击跳闸率为0.161，安装避雷针后雷击跳闸率降为0.111；对山区呼称高较高的直线塔，安装避雷针后，能有效的降低杆塔雷击跳闸率，如东惠甲线N14塔塔型ZB475－69，安装前杆塔雷击跳闸率为5.065，安装避雷针后雷击跳闸率降至0.220，效果显著。

由上可见，安装可控放电避雷针不仅可大幅度减少绕击的发生，还能降低反击的出现概率，大幅降低了线路雷击跳闸率，是一种降低山区输电线路雷害的好方法。