多回线路防雷技术浅析

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摘要：采用同塔多回线路的输送方案来降低走廊的占用及清理费用将成为一种趋势，但其防雷性能和运行可靠性方面还存在严重缺陷。本文分析了造成同塔多回路雷害事故的原因，论述了同塔多回线路的防雷方案。

关键词：同塔多回；防雷；绕击

1前言

在超高压电网中，为输送大容量电力，往往需要沿着同一方向，甚至同一通道，并行架设两回或多回主干线路。在经济比较发达、规划设施密集的北京、广东等地区普遍应用同塔多回路方式。所谓同塔多回路，就是多条线路共架在同一个铁塔上，适用于线路通道紧张时不同送电方向或者不同电压等级局部采用同一通道。同塔多回线路可以是同一电压等级，也可以是不同电压等级。我国220kV及以下不同电压等级的同杆双回、三回乃至四回线路的应用较多。

国内外同塔多回输电技术的研究和运行实践表明，采用同塔多回输电是电网建设中解决输电走廊紧张、节省土地资源、提高输送容量的有效手段，但在运行可靠性和维护检修方面存在严重缺陷。据统计，在我国跳闸率较高的地区，高压线路运行的总跳闸次数中，由于雷击原因的事故次数约占50%～70%，尤其是在多雷、土壤率高、地形复杂的山区，雷击输电线路引起的事故率更高。雷击有可能造成双回线甚至多回线同时跳闸，对系统产生较大的冲击，威胁到电力系统的安全运行。

2 同塔多回雷害事故原因分析

2.1 杆塔高度增加引起耐雷水平降低

对于500kV同杆双回及四回输电线路的个别大跨越高杆塔地段，落雷机会增多、塔高等值电感大、塔顶电位高、感应过电压也高，这些都增高了线路的雷击跳闸率。

2.1.1 杆塔高度增加引起绕击跳闸率升高

随杆塔高度增加，地面屏蔽效应随之减弱，这相当于抛物线的相对位置有所变化，绕击区变大，使更多的雷不击中地面而击中导线；当杆塔相当高时，地面屏蔽作用已变得很弱，几乎所有落入垂直平分线以下区域的雷都能击中相导线，所以绕击数将趋于饱和，不再随塔高而增加。

2.1.2 杆塔高度增加引起反击跳闸率升高

同塔多回线路由于铁塔高度增加，铁塔的波阻抗和电感增大，雷击塔顶时，沿塔传播至接地装置所引起的反射波返回到塔顶或横担上所需时间相对延长，电位升高值较大，并且导、地线耦合系数较低，因此反击引起绝缘闪络跳闸率随铁塔高度的增高而增大，随接地装置接地电阻的增大而增大。

2.2 杆塔换位或换位不完全使线路不平衡

对于同塔双回线路，由于每一回线路三相参数不对称以及两回路之间的电磁耦合关系，使得每一回线路的三相电压、电流之间存在偏差，同塔双回采用不换位或采用不换位方式直接影响系统电气量平衡，直接涉及系统内旋转电机的安全运行。对于同塔双回线路，由于每一回线路三相参数不对称以及两回路之间的电磁耦合关系，使得每一回线路的三相电压、电流之间存在偏差，导致每一回路三相不平衡，经过一次全换位后，对于单个回路的三相导线，空间几何排列上基本达到平衡，三相间互容抗、互阻抗基本相等。此时影响不平衡度的基本上是两回路之间的各相互容抗、互阻抗的不平衡。因此要减小双回路的不平衡度，应通过确定适当的相序排列方式以及双回路各自合适的换位方向来减小不平衡度。

3 同塔多回线路的防雷保护方案

输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷性能，降低线路的雷击跳闸率，在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统的运行方式，线路的电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件，参考当地原有线路的运行经验，根据技术经济比较的结果，采取合理的保护措施。

3.1 采用不平衡高绝缘

为减少雷击造成多回线同时跳闸，可在重要线路上对同塔多回线路适当的采用不平衡绝缘技术，以减少双回或多回线同时出现雷击跳闸的概率，使线路遭雷击时不同时断开，以保证多回线路输电的可靠性与单回线相同。不平衡绝缘的原理是同层横担不同回路相导线采用不同类型绝缘子（串）。利用不同类型绝缘子（串）的雷电闪络特性差异使二回路绝缘水平低的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不发生闪络，以保证另一回路可持续供电。

3.2 采用多相重合闸限制多回同时闪络对系统的危害

同塔多回交流输电线路一个比较突出的特殊问题是多回线路同时闪络，可能引起多回线路同时跳闸。可以在杆塔结构和导线排列上采取措施，但是只能减少多回同时闪络的次数，不能杜绝。所以要拓宽思路来寻找解决办法，国外运行的经验是采用多相重合闸，可以十分有效地限制多回闪络对系统的危害。即使多回同时闪络，多回路分别对故障相跳闸-重合闸，一般不会引起多回路同时甩负荷。此措施可从根本上解除同杆多回线路多回同时跳闸的威胁。

3.3 安装防绕击避雷针

避雷针的保护原理：当雷云中的先到放电向地面发展且距离地面一定高度时，避雷针能使先到通道所产生的电场发生畸变。此时最大电场强度的方向将出现在从雷电先导导避雷针顶端（接闪器）的连线上，致使雷云中的电荷被吸引导避雷针，并安全泄放入地。在铁塔的架空避雷线上安装防绕击避雷针是有效的防绕击的方法之一。防绕击避雷针可以有效的减小闪击距离，使小于某一特定的闪击距离的雷电无法绕过接闪器击中被保护线路。

3.4 安装线路型避雷器

加装避雷器后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔，一部分经塔体入地。当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流，大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，分别在导线和避雷线上产生耦合分量。避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会闪络。

近年来，随着金属氧化物避雷器的技术的成熟，在输电线路运用避雷器保护已经逐渐被人们认同。研究表明，采用避雷器保护的杆塔基本上可消除雷击闪络事件，特别是目前已有的输电线路普遍存在绕击防护效果不良的问题将获得极大的改善。如110kV线路安装线路避雷器后，耐雷水平可提高到100～180 kA ，220kV输电线路采用避雷器保护后，可使杆塔的耐雷水平提高到200～300kA，耐雷水平大幅度提高，基本上很少发生闪络。如果全线应用避雷器，则雷击闪络故障率可降到很低。

因此，对输电线路避雷器的应用还应持谨慎态度，暂不具备大量使用的条件。目前只宜在个别档位或局部线段考虑选用。可以考虑在以下几种情况下运用线路避雷器。

a、大跨越高塔的档位，一般在60米以上的高塔可考虑，档距越大对使用避雷器越有利；

b、高土壤电阻率地区，接地电阻在30欧以上，地形复杂、恶劣，且以常规降阻措施不理想的杆塔；

c、雷害高发的个别线段，利用避雷器进行补救，如陡峭山坡的外侧，跨越山谷、河流的两侧边相等。

对于反击闪络，线路避雷器的安装一般应三相同时装设，当部分相线未安装时，将明显影响耐雷水平的提高。尽量避免分散安装，出于考虑绕击防护的需要，可在部分线段单侧或两侧安装。在同杆多回线路中，线路避雷器仍具有很好的防雷效果。

4结论

本文提出了已有防雷措施的不足之处，并得出防雷措施：采用不平衡高绝缘、采用多相重合闸、安装防绕击避雷针、安装线路型避雷器四项防雷措施。另外，在确定输电线路的防雷方式时，还应结合当地已有线路的运行经验，进行全面的技术经济比较，从而确定出合理的保护措施。