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输电线路综合防雷技术探讨

文档作者：王峰。黄福勇，沈志舒。王成，彭波，周卫华文档来源：湖南省电力公司科学研究院		点击数：	更新时间： 2025年07月12日
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上一篇：特高压输电线路保护研究

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第32卷第3期
湖南电力
HUNAN ELECTRIC POWER 2012年6月
doi：10．3969／j．issn．1008—0198．2012．03．002
输电线路综合防雷技术探讨
王峰。黄福勇，沈志舒。王成，彭波，周卫华
(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007)
摘 要：结合实际运行经验，对输电线路雷击故障进行统计，分析引起线路雷击跳闸的
主要原因，综合评估输电线路各项防雷措施。结合现场微地形、微气候条件，在满足经
济性和技术性的前提下，针对一般架空输电线路给出综合防雷治理方案。
关键词：输电线路；防雷；绝缘配置；接地装置；线路避雷器；相间间隔棒
中图分类号：TM752．2；TM216 文献标识码：A 文章编号：1008-0198(2012)03-0005-05
Discussion on integrated lightning protection technology of transmission lines
WANG Feng，HUANG Fu—yong，SHEN Zhi—shu，WANG Cheng，PENG Bo，ZHOU Wei—hua
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)
Abstract：Combined with practical operation experience， the statistics of lightning stroke fault on the transmission lines is
carried out firstly． Then the main reason of lightning strik trip for transmission lines is analyzed， and various lishtning
protection measures of transmission lines are comprehensively evaluated． At last， according to the microtopography and
micrometeorology conditions，a comprehensive lightning protection measure used for the general transmission lines is proposed
on the premise of meeting relative requirements of the economy as well as the technicality．
Key words：transmission line；lightning protection； insulation configuration；grounding device；transmission line arrester
雷击是影响电网安全稳定运行的重要因素之
一
。长期以来雷击引起的输电线路跳闸事件频繁发
生，对电网安全稳定运行构成了极大的威胁¨ 。
湖南电网故障分类统计表明，在跳闸率较高的地
区，高压架空输电线路运行的总跳闸次数中，由雷
击引起的次数占40％ 一70％ ，尤其是在多雷、土
壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路引起
的事故率更高 。J。例如，在湖南某220 kV线路近
5年的跳闸记录中，雷击跳闸占到了跳闸总数的
80．7％ 。因此，要降低架空输电线路跳闸率，首先
必须解决架空输电线路雷击跳闸的问题。如何采取
有效措施，以提高架空输电线路耐雷水平和降低线
路雷击跳闸率成为了亟待解决的问题。这也是确保
电网安全、可靠运行的基本出发点和重要保证。
1 雷击故障统计
1．1 雷击故障时间统计
气象观测表明，夏季是我国南方1年当中雷电
收稿日期：2012．01—13
活动最频繁的时期。而线路雷击跳闸也主要集中在
3—8月，尤其是7，8月份更为集中，这基本与雷
电活动季节性特点相吻合。因此，输电线路雷击跳
闸具有明显的季节性。同理，输电线路防雷工作也
具有明显的季节性。
1．2 雷击故障类型统计
目前输电线路雷击故障表现形式主要为2种情
形：绕击；雷电反击。统计资料表明，线路雷击跳
闸以绕击为主 J。
另据相关统计资料表明，雷击还有一种特殊情
况，雷电同时击中导线和地线(分叉雷)，湖南暂时
还未发现。对于分叉雷，目前仅在一些地区的运行
经验中分析过，而且相应科研院所的相关试验中也
证实该种雷击形态的存在(武汉大学学者研究认
为：特殊地形下小雷电流试验值同时击中导地线的
概率在2％左右)，从防雷措施角度目前暂不分析。
1．3 雷击故障地形统计
统计资料表明，雷击故障点位于山区地段居
· 5 ·
第32卷第3期 湖南电力 2012年6月
多。雷击跳闸多发生在边坡、连续上下山坡或峡
谷，以及海拔相对较高或坡度较大的位置。雷云容
易从山坡侧向峡谷处绕击外侧导线。杆塔组立在山
坡上，受山坡倾斜角度的影响，下山坡相导线的地
线保护角要加上山坡倾斜角，形成新的地线保护角
(杆塔垂直于地球，雷云与地面平行)，因此下山
坡相遭绕击雷要比上山坡相多许多，如何改造和防
护、屏蔽下山坡相导线是防止绕击雷的关键。
1．4 雷击故障杆塔统计
雷击杆塔主要集中在转角塔、耐张塔及前后直
线杆塔。总体来说，转角塔、耐张塔及前后直线杆
塔遭受雷击概率较大，占总数的70％左右。上述
原因主要为：转角塔、耐张塔及前后直线杆塔地线
保护角对比其他一般线路段明显偏大；在单回架空
输电线路中，边相地线保护角相对于中相较大。
2 雷击原因分析
2．1 绝缘配置低
对于目前在运的大部分老线路，当时的设计思
想是按常规节约型配置(DIMT620的“最少绝缘
子片数”)设计的，如1 10 kV等级7片／串、220
kV等级13片／串。线路绝缘配置的不足，导致输
电线路耐雷水平降低，给运行维护部门留下了雷击
跳闸的隐患。一旦雷电落到线路绝缘配置薄弱环
节，就极易引起雷击跳闸。
2．2 地形影响明显
山区线路基本沿斜山坡上架设，因山坡倾斜角
的影响，使下山坡侧的导线暴露弧增大，失去了
“有效屏蔽”，所以绕击雷闪络跳闸多发生在下山
坡边相上。根本原因是因为下山坡相的地线保护角
受地形斜坡因素影响增大，如图1所示。线路地线
保护角是30。，因山坡地形倾斜1O。，左边上山坡
保护角为20。，右边下山坡则为4O。。运行经验证
明：山区线路的绕击率约为平地线路的3倍，或相
当于保护角增大8。的情况。山顶杆塔两侧线路由
高到低变化，沿线路与地面之间的高度起伏较大，
地面对导线的屏蔽作用弱化或失效，也易于引起绕
击 。
2．3 跨山区档距大
位于2个山头之间、或风口区的大档距线路在
风激励作用下，发生大幅度摆动，此时地线的保护
角已不是设计值，保护角增大，弱化了地线对线路
的屏蔽作用。因此处于山头之上的大档距线路易发
生绕击。此外，山顶土壤的电阻率一般都较高
· 6 ·
图1 避雷线山区保护示意图
(如岩石、沙岩等)，造成杆塔接地电阻较大，常
规扩网(增设接地装置、引外接地、伸长接地线)
或采用降阻剂的办法也无法实现降阻，从而使得线
路发生反击的概率增大。
2．4 接地装置不合格
杆塔接地装置的质量直接影响其对于雷电的泄
流能力，决定着线路的雷击跳闸率。造成杆塔接地
装置不达标的原因，一部分是受地形、环境因素影
响；另一部分是施工质量不过关、验收工作不到位
引起的。在湖南省的接地电阻抽查过程中，就发现
了好几起因施工焊接工艺问题而导致的接地装置不
合格现象。
2．5 雷电活动频繁
落雷密度的增大，加剧了输电线路雷击跳闸的
概率。以湖南某条220 kV线路为例，该线路在
2006-2010年间，雷击跳闸l3次。经过统计分
析，该线路雷击跳闸相对集中的区域，对应的雷电
活动都非常活跃。相比于该线路其它区段，落雷密
度都较大。
3 防雷技术评估
3．1 提高绝缘配置
为降低线路跳闸率，可在杆塔增加绝缘子串片
数，加大导线与地线之问的距离，以提高线路绝缘
耐雷水平。下面以400 m档距的典型杆塔为例，分
析在不同绝缘配置下的跳闸率。如图2所示(冲
击接地电阻山区取l5 Q，平原区取7 Q)，随着绝
缘子串长度的增加，线路雷击跳闸率下降明显。对
于220 kV输电线路，线路的绝缘配置从l3片增加
第32卷第3期 王峰等：输电线路综合防雷技术探讨 2012年6月
到16片后，雷击跳闸率下降将近50％左右。
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(b) 山区
图2 不同配置下的线路雷击跳闸率
对于在运线路，线路设计部门经过风偏校核、
出示书面证明材料后，在保证杆塔头部绝缘间隙及
对地安全距离的基础上，再适当增加绝缘子片数，
提高线路耐雷水平(针对直线塔)；但对于新建线
路，若过多地增加绝缘子片数，会导致塔头间隙相
应增大，增加塔头尺寸和绝缘费用，应酌情考虑。
3．2 安装线路避雷器
相对传统的输电线路防雷而言，避雷器并联在
线路绝缘子(串)两端，保护雷电活动频繁且降
低杆塔接地电阻有困难的区段，是一种全档距的防
雷技术手段。它的基本原理是：当雷击塔顶时，一
部分雷电流从避雷线传人相邻铁塔，一部分经塔体
入地，铁塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击
接地电阻来表征。当雷电流超过一定值后，避雷器
动作加入分流。部分雷电流从避雷器流人导线，传
播到相邻铁塔。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，将分别在导线和避雷线
上产生耦合分量。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，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避
雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器防
雷的明显特点。
3．3 改造杆塔接地装置
接地装置的质量也可检验接地装置的泄流效
果。如果仅接地电阻测量合格，并不能证明地网的
泄流效果。倘若地网导通不良，发生雷击时，雷电
流泄流通道不畅，会抬高电位，反而增加了反击的
概率。水泥杆的混凝土杆导通、接地引下线与接地
联板的连接好坏也都影响着泄流通道的泄流效果。
图3是几种典型杆塔在13片绝缘子的绝缘配置下，
线路雷击跳闸率随接地电阻值变化的情况。可见，
杆塔接地电阻对线路雷击跳闸率的影响非常大，这
也反映出了改造杆塔接地装置在防雷工作中的重要
性。杆塔降阻主要有以下几种方法：增加射线根数
或射线长度；加装接地模块；换土；对接地装置进
行整体更换。杆塔接地电阻降低以后能有效提高杆
塔的反击耐雷水平，从而达到降低线路雷击跳闸率
的目的。
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(b) 山区
图3 不同接地电阻值下的雷击跳闸率
3．4 加装避雷针
加装避雷针技术是利用避雷针较强的引雷能
力、减小导线遭受雷击的概率、降低线路绕击跳闸
率的防雷技术。目前主要采用加装避雷线水平侧
针、可控放电避雷针等形式。
运行经验表明，由于线路弧垂使中间段保护角
小于近杆塔段，加之杆塔位置也比较高，绕击多发
生在近杆塔段。在杆塔塔顶安装避雷针后，杆塔附
近的雷将会落在避雷针上，通过杆塔入地，减少了
线路遭绕击的概率。只要线路接地电阻正常，一般
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第32卷第3期 湖南电力 2012年6月
不会因反击而造成线路跳闸。防绕击侧针安装在杆
塔塔头处，其有效保护范围集中在杆塔塔头及前后
6O一80 m档距，对绕击于大跨越杆塔档距中央的
雷电流没有明显保护作用。另外在一些特殊杆位，
比如半山坡的转角塔、耐张塔等，可以考虑将防绕
击侧针安装方向在杆塔下风方向和转角塔外侧，方
向向下，以补偿因地形原因失效的保护范围。该方
法安装简单，可操作性强，费用低廉，具有一定的
防雷效果。鉴于在地线上安装防绕击避雷侧针在长
期风激励的振动作用下，会引发掉地线事故，不建
议采用。可控型避雷针价格昂贵，实际效果还有待
验证，故不建议推广。
3．5 改造大档距
处于山顶、半山腰、风口或跨越河流、峡谷的
大档距线路在风力作用下发生左右摇摆时，会导致
地线屏蔽作用的失效。如果当导线偏移到最大距离
时，雷电直接落下，线路会因失去地线的屏蔽作用
而发生雷击闪络故障。因此在特殊地段的大档距线
路，可以考虑增设杆塔，以此来缩短输电线路的档
距，减小线路发生跳闸的概率。输电线路档距对线
路雷击跳闸的影响见图4。
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一 一z3直线塔
一 一YJ31转角塔
一 一ZL31直线杆
一◆一Ⅱ3转角轩
(b) 山区
图4 不同档距下的雷击跳闸率
改造大档距方式受地形限制，增设杆塔施工较
困难，经济造价也较高。因此，在采用这种方式
时，需慎重考虑经济性与现场可操作性。
· 8 ．
3．6 减小地线保护角
目前，减小保护角是国内外公认的降低输电线
路绕击跳闸率的最直接有效的措施。适当减小避雷
线的保护角，提高避雷线对导线的屏蔽性能，可减
小导线绕击的概率。地线保护角的变化对线路雷击
跳闸率的影响见图5。通过分析可知，当地线保护
角大于2O。以后，线路雷击跳闸率曲线出现突变，
线路雷击跳闸率上升明显。
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一-ZL31直线杆
一·-JL3转角杆
+ Fz5直线塔
- Zbl3直线塔
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- · YJ31转角塔
一 ZL3 1直线杆
一0-一
,IL3转角杆
(b) 山区
图5 不同地线保护角下的雷击跳闸率
对于在运线路而言，减小保护角最直接的方法
是通过更改杆塔结构来改造地线的保护角。但塔头
改造工程复杂、施工周期长、费用高，总体经济性
不高。另外，对于高山地区的杆塔，由于杆塔突
出，加之微地形、微气候条件的影响，有发生侧击
雷的可能，即使保护角很小甚至负保护角，也有可
能屏蔽失效发生绕击。因此，不建议采用。
3．7 架设耦合地线
架设耦合地线可增大避雷线与导线之间的耦合
系数，增大雷击塔顶时向相邻杆塔的分流作用，以
提高线路的耐雷水平。同时旁路耦合地线有效地增
加了地线的屏蔽作用，对线路防绕击有较好的作
用。但架设耦合地线需要验算杆塔强度、耦合地线
对导线及地的距离，特别是对处于山区、档距大的
线路，当起大风时，耦合地线和导线不同期摆动会
导致安全距离不满足要求；其次受地形限制，施工
较困难，运行维护工作量和难度很大，经济造价较
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第32卷第3期 王峰等：输电线路综合防雷技术探讨 2012年6月
高。不建议采用。
4 结论及建议
雷电活动是一种复杂的大自然现象，具有一定
的随机性。目前还没有哪种防雷措施能够完全杜绝
雷击跳闸事故的发生，即使比较成熟的防雷措施，
也只是降低线路雷击跳闸率。基于差异化防雷思想
的指导，在对雷击故障统计、跳闸原因分析和各种
防雷措施的评估的基础上，应有针对性地采取防雷
措施，综合性进行防雷治理。对一般输电线路防雷
治理措施建议如下：
1)对落雷较多、地形较平坦(以平原、丘陵
为主)的线路，直线塔增加绝缘子片数，以提高
线路绝缘水平；
2)对落雷较多且地势较高(以高山、丘陵为
主)或处于易遭雷击的地区(如迎风坡、垭口、
大跨越等)的线路：直线塔增加绝缘子片数，提
高绝缘配置；对于耐张塔、转角塔再加装防绕击避
雷针和防雷斜拉线；
3)对落雷频繁且地势较高(以高山为主)、
地形变化剧烈或处于极易遭雷击地区(如迎风坡、
垭口、大跨越等)的线路，及投运以来发生过雷
击跳闸的故障点，除直线塔增加绝缘子片数、加装
线路避雷器外，在历史雷击故障点前后5基杆塔处
安装防绕击避雷针，在档距大于700 rn的试点安装
相间间隔棒。
以上几项改造建议的前提是杆塔接地装置合
格。对于杆塔接地装置不满足要求的，需立即进行
改造。为大幅降低或完全消除雷击跳闸事故，必须
在实践中不断摸索，探索新型防雷技术，积累经
验，综合考虑，不断完善输电线路的防雷措施。
参考文献
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作者简介
王峰(1983一)，男，硕士，汉族，助理工程师，从事输电线
路研究工作。
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