基于同塔双回输电线路的防雷害技术研究

青岛电气工程安装有限公司送变电分公司 何海勇 刘倩

山东炫和供电有限公司 宋玉萍 青岛电气工程安装有限公司 田震

1 引言

随着我国电网建设的不断发展完善以及人民生活水平的提高，电力在社会经济发展中起到了重要作用。但是由于供电环境复杂、雷击故障频发、杆塔遭受雷击严重破坏等情况，输电线路遭受雷击所引起的安全事故逐年增多[1]。同塔双回发电线路一般架设在10kV 以下的低电压等级输电线路上，输电容量小，线路走廊占用面积小。采用同塔双回输电设计能够有效减少土地资源占用，节约建设资金。同塔双回输电线路的发展主要受益国家对电力事业的大力支持，国家加大了电网建设投资力度，同塔双回输电线路得到了广泛应用。然而，同塔双回输配电系统设计中存在诸多问题如下。

第一，采用同塔双回架空电力线路设计方案在运行过程中受到各种因素影响导致故障发生频率增加。

第二，受地理条件等原因限制使得同塔双回输电系统难以实现远距离输送电量。

第三，受运行环境影响较大。随着同塔双回线路防雷技术研究逐步深入以及电网建设过程中对同塔双回线路防雷要求逐渐增加。

因此有必要进一步研究解决同塔双回路雷电特性、杆塔结构及运行维护等方面问题。在此背景下，对同塔双回导线防雷害进行研究和探讨十分必要和迫切。

2 同塔双回输电线路防雷害技术的现状分析

2.1 同塔双回输电线路防雷害技术特点

一是绝缘子串串间的跨距小于线路长度时，同塔双回输电线路的防雷方式主要有避雷器和接地刀闸两种。二是同塔双回线路可以采用不同接地型的避雷器或接地刀闸进行隔离。三是利用同塔双回线路进行过电压保护时，要采用两套避雷器，而且避雷器的类型、型号以及位置也不相同，而且还需要通过防雷检测来判断是否需要在其两端加接雷电干扰抑制装置。四是利用该输电线路实现过电压保护时，在线路两端需要加设两套过电压抑制装置。五是对同塔双回线路的接地刀闸可以采用串联间隙式或并联间隙式接地方式进行防雷接地。六是同塔双回导线间距离过大时，需要采取串接间隙式防雷保护进行防雷。七是在同塔双回线路上安装防雷装置是比较困难的，所以应该充分考虑双线之间的距离问题[2-3]。

2.2 同塔双回输电线路防雷害技术要求

同塔双回导线之间的距离要根据不同的绝缘子串结构以及不同的气象条件进行计算，并将防雷装置所需要用到的材料和数量计算出来。同塔双回线路上需要安装防雷器时，可以采用单避雷器和单接地刀闸进行保护，而且要注意避雷器的类型、型号以及位置。同塔双回线路上一般需要安装2 套过电压抑制装置，如果需要安装时，必须考虑到双回路之间的距离问题。同塔双回线路上需要配置一种防雷装置的材料和数量，在布置时要保证该装置与线路上的其他设施之间有足够的安全距离。同塔双回线路上需要安装两套过电压抑制器，其中一套主要用来保护导线、地线以及接地刀闸，另一套主要用来保护其他设施。采用单避雷器和双避雷器的防雷方法都不能够保证安全，所以要合理地使用单、双避雷器。在同塔双回线路上安装防雷装置必须满足以下要求，利用同塔双回线路上进行过电压保护时，双导线间的间隔距离应该小于20m；为了防止同塔双回线路上雷电过电压对其他电气设备的危害，在同塔双回线路上安装防雷装置之前，必须保证该输电线路有足够长的间隔时间。

上述分析表明，同塔双回输电线路的防雷技术主要包含以下几个方面：一是在绝缘子串之间距导线长度超过一定的安全距离时，可以采用绝缘子串间的跨距小于导线长度时采用串接间隙防雷法；二是在同一线路上应尽可能避免采用同塔双回输电线路的接地方式，因为在同一线路上，当线路两端同时接地时，对同塔双回线路上的电气设备影响较大；三是当在同一线路上采用同塔双回导线时，绝缘子串之间的跨距不应小于导线的允许安全间距；四是如果有条件应尽量减少同塔双回线路使用双芯绝缘子、复合绝缘子等，因为在同塔双回线路中，采取两芯或三芯绝缘子，很容易出现断线事故；五是同塔双回输电线路的绝缘子串间的跨距较小，而且同塔双回导线在间隔棒中串接或跨越时很容易造成绝缘子串间电流过大，应该尽可能地减小绝缘子中串接的电阻。还应尽可能地采用低阻值、低损耗和少消耗的避雷器以及接地型的接地刀闸进行防雷[4-5]。

2.3 同塔双回输电线路雷击特性

同塔双回输电线路是一种输电技术，基本原理是将两根平行的绝缘子分别放置在两根铁塔上，利用导线间的相对地电压来达到输电的目的。同塔双回输电线路一般采用同型号避雷器和避雷针作为防雷装置，以确保防雷效果。在实际的同塔双回输电线路防雷害中，常见的有雷击杆和避雷针对同塔双回输电线路发生直击、感应雷击事故造成损害。雷击杆塔上产生的过电压以及过电流都会对同塔双回输电线路造成损害，主要危害有杆塔上接地装置因接地电阻过大、时间常数过小或接地点不匹配等因素引起接地电流大，导致被击伤并严重损坏杆塔上感应过电压导致被击断而造成被线路直接相连的其他设备受损等。同塔双回来线在雷击事故中主要的危害是杆塔上有可能存在闪络现象；雷击杆塔后引线与导线之间有可能出现弧光放电；杆塔地线接地点有可能发生闪络或弧光放电。同塔双回输电线路同塔双回导线结构设计中应重点考虑雷击保护性能。一般情况下同塔双回输电线路在雷暴日前30min～2h左右，雷击保护距离应满足实际需求并满足雷电波在架空线路上的衰减要求。随着雷暴天气变化或时间增加，防雷距离应相应减小。

3 案例分析

2018年8月12日12时46分，66kV光辉线32#线路出现了一次反向跳闸，该故障相为A.B 相，具有很好的一致性。测距结果表明，变电站位于光辉66kV 变电站8.6km 处。光辉乙线32#塔架采用110ZGU2型钢结构，采用342m的挡位和3.6Ω的接地。闪电探测装置的失效雷电流为54.9kA。

利用EMTP 建立的抗剪计算模式，将工作频率相位分成12 个阶段，并以30°为单位，分别进行12 次模拟，（其中A1、B1、C1、A2、B2、C2 分别表示一条线路A 相、B 相、C 相、A 相、B、C相）。现场放电痕迹如图1所示。

图1 现场放电痕迹

由以上分析可知，当雷电流幅值达到56.2kA时开始出现两相闪络，故障相为乙线的上、中两相，此时未能达到三相、四相闪络的条件。

4 基于同塔双回线路防雷技术措施

4.1 线路避雷器优化配置策略

常用的避雷装置有管式、阀式、磁吹式、氧化锌式等，工作原理相同，但都是用来防止电线、通信设备、信号传输电缆等受到电击而损坏。近年来，氧化锌电容器因其质量轻、耐污秽、保护性能良好而得到了越来越多的使用。因为氧化锌的优良性能，在常规运行中通过避雷器的电流很小，但是由于过电压的增加，其非线性电阻降低，可以在一定的时间内释放出储存在瞬时的电能，从而保护电力系统的安全。本文归纳具体内容为：一是低的延迟和高的陡波反应速度。二是残余电压值偏小，与常规的避雷装置相比，防护能力更好。三是高电流的能量安全性临界点，可以在整个瞬变期间，将累积的过电压吸收掉。

本文以光明二线26 号塔架为实例，在此基础上增加了避雷器，并进行了分析，利用非线性电阻法和电容器并联。选择Y5WZ-90/220 型的避雷装置，标称为90kV，操作电压72.5kV，剩余电压220kV。

在防雷改造中，为了确保供电的可靠和安全性，增加了避雷器的适用范围，但仍然要从经济性出发，在确保防雷作用的前提下，确定设备数量及安装地点。一般只有当出现相短路时，66kV的同塔双回线才会出现跳闸现象，而采用两相或两相装置就能够达到要求，而且每一相、三相和四相的电阻率都会随着避雷器的设置而增加，9种不同的避雷器布置模式下，两相、三相、四相的抗雷强度分别是76kA、97kA、116kA，比没有设置时的耐雷强度增加94.87%、36.62%、52.63%。方案2方案的最佳布置方案，为在66KV 的同一塔形、双回线上布置4 台，在两个不同的位置分别设置两组，并且设置的数目愈多，对直接雷的保护作用愈大。

4.2 基于案例的综合防雷措施

防雷措施具体有在线路杆塔上安装防雷设备，降低遭受雷击的概率，减少雷击事故发生的概率。采用导线绝缘子全封闭设计或加装带间隔棒的防直击雷保护。线路杆塔避雷器与接地引下线之间加装不等电位接地线并将其连接起来，采用低电阻率绝缘子，减小线路与输电杆塔间的电流密度差，防止导线被雷电击断，减少雷击引起的短路故障。在同塔双回输电线路上加装防高阻网接地装置。利用接地引下线连接方式将高阻网接地与导线绝缘相连接以避免在雷电时产生较大电压。合理布置避雷器，增加塔头之间的防雷间隙和塔头至导线之间的防雷间隙，减小雷电流通过导线对杆塔的冲击放电电压。加强线路维护和检修，减少导线间雷击电流影响。

同塔双回输电线路采用耐雷等级为3级、5级的低电阻率绝缘子作为导线绝缘。同塔双回导线架设应采用分段架设方式，防止出现塔头或杆塔因接地引线未接造成的雷击故障。同塔双回跨越较多且较复杂的线路可以采用分段架设方式，分段架设时要求导线横截面较小时将整根导线均匀分布在一条导线上。采用多层接地网并与地线连接以降低线路和杆塔间的雷电感应电压，从而避免雷击引起同塔双回线路故障发生。同塔双回输电线路受地形条件影响，所以在杆塔上安装防高阻网装置或采用防高阻接地线时要注意几个方面：一是在同一塔头内跨越两条以上线路而需要同时连接两条以上导线，应安装间隔棒；二是导线之间必须搭接长度不小于1m；三是双回杆组之间应设不低于2m的间隔棒进行连接或间隔棒连接时要避免形成“L”形接地点，应在接地线中间加接地线；四是同塔双回线路跨越地形较多且地形复杂，所以在跨越点必须装设防雷装置。

5 结语

同塔双回输电线路在防雷方面取得了进步和发展，但是防护技术仍存在一些问题：第一，防雷器布置的位置过高，不利于保护，而且当线路发生雷击时会导致线路上的过电压；第二，同塔双回导线的防雷保护装置需要根据不同情况进行合理布置，否则将无法发挥作用；第三，随着防雷器安装的高度逐渐增高，防雷保护距离随之增大，会导致防雷器对地距离过短；第四，同塔双回导线中有2 条线路同时受到雷击或同时遭受高电压时将会使防雷保护效果变差甚至失效；第五，同塔双回导线中有一条与其他线路相连的线路，如果出现雷击电流就可能造成其他线路的故障。针对这些故障问题，采取相应的解决措施，提升输电线路的防雷效果。