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摘要：清远是广东省的雷暴中心之一。其地形、地貌复杂，处于珠三角平原与粤北山区交汇地带，特殊的地理位置，极易形成强对流、雷电天气。由气象资料得知，近30年间平均每年雷暴日为93日，最高达120日，属强雷区。电力系统雷害事故中，其中线路雷击事故占较高比例。为了能够保证安全供电，输电线路防雷是一个很重要的问题。
关键词：线路防雷设计
引言
清远是广东省的雷暴中心之一。其地形、地貌复杂，处于珠三角与粤北山区交汇地带，特殊的地理位置，极易形成强对流、雷电天气。由气象资料得知，近30年间平均每年雷暴日为93日，最高达120日，属强雷区。电力系统雷害事故中，其中线路雷击事故占较高比例。为了能够保证安全供电，输电线路防雷是一个很重要的问题。
由历年雷击跳闸记录数据得知，110kV输电线路中，存在一些雷害事故较为严重的线路，如110kV禾笔线曾多次发生雷击跳闸事故，极大影响了电网的安全运行。
示例线路工程概况
110kV禾笔线投运于2003年1月23日，全长28.178km。导线采用LGJX-300/40,地线一根为XLGJX-55，另一根为OPGW。全线共70基杆塔（其中单回路直线塔50基，耐张塔14基；双回塔6基），仅有1基位于水田，其余塔位均位于山地。杆塔地形比例为：平地占1%，山地占99%。
示例线路故障统计
从2009年开始，有记录的跳闸次数为16次，其中三相跳闸事故3次，两相跳闸事故6次。17号杆塔2年内跳闸4次，21、30及61号杆塔分别跳闸2次。事故共涉及4种杆塔类型。
示例线路故障杆塔概况
1）17号杆塔（两年内跳闸四次）
17号杆塔分别为2010年7月30日和2011年5月2日发生连跳事故。雷击电流最小为18.6kA，最大为51.5kA。由数据得知，其中一次事故超过理论的反击耐雷水平，另一次事故接近反击耐雷水平。因此可初步判定事故性质为两次反击事故，两次绕击事故。
统计数据显示：17号杆塔地处高山大岭，两侧档距分别为583m和883m，雷电流不容易流散；杆塔保护角为12.8°，线路容易发生绕击；线路采用复合绝缘子，绝缘性能偏低；另外，杆塔接地电阻值较高，分析可能是接地装置腐蚀或降阻剂失效。
2）21、30、61号杆塔（闪络两次）：
21号杆塔保护角为13.8°；杆塔事故雷电流为80.9kA，其反击耐雷水平仅为57.45kA。
30号杆塔位于山顶，大号侧档距为822m。第一次事故雷电流为18.8kA，由于线路杆塔所处的高程较高，雷云层有时可能与线路杆塔平行，有时可能在线路杆塔的下方，故判定为绕击。第二次事故雷电流较大，超过其耐雷水平。
61号杆塔位于半山腰。两侧档距分别为673m和690m。09年无雷电流大小记录，但电阻复测值较高；第二次事故雷电流为78.7kA，超过其耐雷水平45.99kA。
3）18、22、31、35、60、63号杆塔（闪络一次）：
18号杆塔接地电阻复测值为17Ω，保护角为13.8°杆塔两侧档距分别为411m和583m，杆塔绝缘强度不高，无雷电流幅值记录。
22号杆塔位于山顶，杆塔事故雷电流为55.2kA，超过其耐雷水平45.88kA。
31号杆塔位于山顶，杆塔事故雷电流为45.3kA，接近其理论反击耐雷水平44.28kA。同时，31号杆塔大号侧档距为822m。
35号杆塔在108.3kA的雷电流下发生事故。该杆塔小号侧档距为1028m，接地电阻复测值为18.2Ω（原接地电阻值为7.3Ω）。
60号杆塔在170.1kA的雷电流下发生事故。该杆塔同样位于山顶，两侧档距分别为673m 和799m，接地电阻复测值为16.7Ω（原接地电阻值为6.5Ω）。
63号杆塔在250.2kA的雷电流下发生事故，该杆塔同样存在接地电阻复测值比原值大很多的问题。但杆塔高程不高，档距不大，绝缘水平较强，地形不特殊。
示例线路防雷薄弱点分析
土壤电阻率较高的杆塔易受雷击，例如17、18、35、60、61、63号杆塔；
线路绝缘性能偏低的杆塔易受雷击，例如17号杆塔；
大跨越档距杆塔易受雷击，例如17、30、31、35、60、61号杆塔；
处于山顶、山腰迎风处、山谷谷口等高塔位地形杆塔易受雷击，例如17、22、30、31、60、61号杆塔；
杆塔保护角≥10°的杆塔易受雷击（但满足规程的防雷保护要求），例如17、18、21号杆塔。
实际运行中，长度为28.178km的禾笔线在2年内跳闸事故有16次，雷击跳闸率为28.39次/100km·年。
输电线路的防雷建议
线路防雷保护的路径选择建议
大量运行经验表明，线路若能避开雷击区，或对雷击区线路加强保护，则从根本上防止了雷害事故的发生。实践表明，下列地段易受雷击：
雷暴走廊，如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处；
四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木，附近又有蜿蜒起伏的山谷等处；
土壤电阻率有突变的地带，如地质断层地带，岩石与土壤、山坡和稻田的交界区，岩石山脚下有小河的山谷等地，雷电易击于低土壤电阻率处；
地下有导电性矿的地面和地下水位较高处；
当土壤电阻率差别不大时，例如有良好土层和植被的山丘，雷电易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
提高线路耐雷水平，降低线路跳闸率的建议
降低接地电阻
降低杆塔接地电阻是提高输电线路反击耐雷水平，降低反击跳闸率的最根本最有效的方法。降低杆塔的接地电阻，首先必须勘测地质，测得杆塔桩位各个不同深度的土壤电阻率，然后根据每基杆塔的实际情况，采取有效的降阻措施。如加装水平接地体、垂直接地体、复合接地体、外引接地体、深埋式接地体、深层垂直接地体或降阻剂等等。在选择降阻剂时，应当选择腐蚀性低、降阻性能较好的降阻剂。《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545 -2010）规定：在雷季干燥时，有地线的杆塔不连地线的工频接地电阻不宜大于下表数值。
增设耦合地线
在雷击杆塔时，耦合线可以起分流和耦合作用，降低杆塔绝缘上所承受的电压，提高线路的耐雷水平。在土壤电阻率很高、杆塔接地电阻难降、杆塔机械强度允许的情况下，可适当考虑在导线下方增设耦合地线。
平衡高绝缘
在线路两侧同时提高绝缘水平（即采用平衡高绝缘），可有效降低整个线路的跳闸机率。
线路适当增加绝缘子片数（塔头间隙也响应增大），可以提高线路绝缘水平和耐雷水平。在高海波地区和雷电活动频繁地区，在满足线路正常运行和内、外过电压塔头间隙情况下，可考虑适当加强绝缘。全高超过40m有地线的杆塔，高度每增加10m，应增加1片相当于高度为146mm的绝缘子；全高超过100m的杆塔，绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定。由于高杆塔而增加绝缘子片数时，雷电过电压最小间隙也应相应增大。
安装线路避雷器
将线路避雷器与绝缘子串并联安装，当雷电绕击线路或雷击杆塔在绝缘子串两端产生过电压超过避雷器动作电压时，避雷器可靠动作，利用阀片的非线性伏安特性，限制避雷器残压低于线路绝缘子串的闪络电压；雷电流经过避雷器泄放后，流过避雷器的工频续流仅为毫安级，工频电弧在第一次过零时熄灭，线路两端断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。安装线路避雷器，可有效提高线路反击耐雷水平。
减小杆塔保护角：
根据运行经验，减小杆塔保护角是降低线路绕击跳闸率最为有效的方法之一。新建线路，建议杆塔采用零保护角或负保护角；改造线路工程，不推荐使用（因其旧杆塔改造施工周期长，费用高）。
结论
输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷水平，降低线路雷击跳闸率。在确定线路防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱、
地形地貌特征、土壤电阻率的高低等条件，并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，从而确定出合理的线路防雷保护措施。
110kV禾笔线防雷改造设计如下：
针对土壤电阻率较高的杆塔，建议进行地网改造，降低接地电阻。
在土壤电阻率很高、杆塔接地电阻难降、杆塔机械强度允许的情况下，可适当考虑在导线下方增设耦合地线。
针对位于山顶或突出暴露地形的低绝缘线路，建议采用玻璃绝缘子，整体加强绝缘强度，同时也应提高塔头尺寸和空气间隙裕度，防止塔头间隙放电概率增大。
针对大跨越档距杆塔，加装线路型避雷器。
针对位于山顶或突出暴露地形的易雷击杆塔，建议加装线路型避雷器。
针对位于山顶、山腰迎风处、山谷谷口等高塔位地形杆塔，一般档距也较大，雷电流不易流散。需要重点保护，建议加装线路型避雷器。
新建线路，建议杆塔采用零保护角或负保护角；减小杆塔保护角是降低线路绕击跳闸率最为有效的方法之一。
雷电活动是一个复杂的自然现象，由雷电强度的概率分布特性、防雷设计和改造的技术、经济等限制，线路雷击跳闸事故只能降低到一个可接受水平，不可能完全杜绝。因此，在采取措施降低雷击跳闸率同时，更应加强线路继电保护和重合闸管理，避免继电保护故障和不必要的重合闸退出，在雷击故障发生后及时切除故障，恢复送电，防止瞬时雷击故障扩大或造成线路长时间停电。
参考文献
【1】 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
【2】 《高压输变電设备和绝缘配合、高电压试验技术》（GB311.1～311.6-83）
【3】 《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）
【4】 《电力工程高压送电线路设计手册》（第二版）
【5】 《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545 -2010）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：线路防雷设计
引言
清远是广东省的雷暴中心之一。其地形、地貌复杂，处于珠三角与粤北山区交汇地带，特殊的地理位置，极易形成强对流、雷电天气。由气象资料得知，近30年间平均每年雷暴日为93日，最高达120日，属强雷区。电力系统雷害事故中，其中线路雷击事故占较高比例。为了能够保证安全供电，输电线路防雷是一个很重要的问题。
由历年雷击跳闸记录数据得知，110kV输电线路中，存在一些雷害事故较为严重的线路，如110kV禾笔线曾多次发生雷击跳闸事故，极大影响了电网的安全运行。
示例线路工程概况
110kV禾笔线投运于2003年1月23日，全长28.178km。导线采用LGJX-300/40,地线一根为XLGJX-55，另一根为OPGW。全线共70基杆塔（其中单回路直线塔50基，耐张塔14基；双回塔6基），仅有1基位于水田，其余塔位均位于山地。杆塔地形比例为：平地占1%，山地占99%。
示例线路故障统计
从2009年开始，有记录的跳闸次数为16次，其中三相跳闸事故3次，两相跳闸事故6次。17号杆塔2年内跳闸4次，21、30及61号杆塔分别跳闸2次。事故共涉及4种杆塔类型。
示例线路故障杆塔概况
1）17号杆塔（两年内跳闸四次）
17号杆塔分别为2010年7月30日和2011年5月2日发生连跳事故。雷击电流最小为18.6kA，最大为51.5kA。由数据得知，其中一次事故超过理论的反击耐雷水平，另一次事故接近反击耐雷水平。因此可初步判定事故性质为两次反击事故，两次绕击事故。
统计数据显示：17号杆塔地处高山大岭，两侧档距分别为583m和883m，雷电流不容易流散；杆塔保护角为12.8°，线路容易发生绕击；线路采用复合绝缘子，绝缘性能偏低；另外，杆塔接地电阻值较高，分析可能是接地装置腐蚀或降阻剂失效。
2）21、30、61号杆塔（闪络两次）：
21号杆塔保护角为13.8°；杆塔事故雷电流为80.9kA，其反击耐雷水平仅为57.45kA。
30号杆塔位于山顶，大号侧档距为822m。第一次事故雷电流为18.8kA，由于线路杆塔所处的高程较高，雷云层有时可能与线路杆塔平行，有时可能在线路杆塔的下方，故判定为绕击。第二次事故雷电流较大，超过其耐雷水平。
61号杆塔位于半山腰。两侧档距分别为673m和690m。09年无雷电流大小记录，但电阻复测值较高；第二次事故雷电流为78.7kA，超过其耐雷水平45.99kA。
3）18、22、31、35、60、63号杆塔（闪络一次）：
18号杆塔接地电阻复测值为17Ω，保护角为13.8°杆塔两侧档距分别为411m和583m，杆塔绝缘强度不高，无雷电流幅值记录。
22号杆塔位于山顶，杆塔事故雷电流为55.2kA，超过其耐雷水平45.88kA。
31号杆塔位于山顶，杆塔事故雷电流为45.3kA，接近其理论反击耐雷水平44.28kA。同时，31号杆塔大号侧档距为822m。
35号杆塔在108.3kA的雷电流下发生事故。该杆塔小号侧档距为1028m，接地电阻复测值为18.2Ω（原接地电阻值为7.3Ω）。
60号杆塔在170.1kA的雷电流下发生事故。该杆塔同样位于山顶，两侧档距分别为673m 和799m，接地电阻复测值为16.7Ω（原接地电阻值为6.5Ω）。
63号杆塔在250.2kA的雷电流下发生事故，该杆塔同样存在接地电阻复测值比原值大很多的问题。但杆塔高程不高，档距不大，绝缘水平较强，地形不特殊。
示例线路防雷薄弱点分析
土壤电阻率较高的杆塔易受雷击，例如17、18、35、60、61、63号杆塔；
线路绝缘性能偏低的杆塔易受雷击，例如17号杆塔；
大跨越档距杆塔易受雷击，例如17、30、31、35、60、61号杆塔；
处于山顶、山腰迎风处、山谷谷口等高塔位地形杆塔易受雷击，例如17、22、30、31、60、61号杆塔；
杆塔保护角≥10°的杆塔易受雷击（但满足规程的防雷保护要求），例如17、18、21号杆塔。
实际运行中，长度为28.178km的禾笔线在2年内跳闸事故有16次，雷击跳闸率为28.39次/100km·年。
输电线路的防雷建议
线路防雷保护的路径选择建议
大量运行经验表明，线路若能避开雷击区，或对雷击区线路加强保护，则从根本上防止了雷害事故的发生。实践表明，下列地段易受雷击：
雷暴走廊，如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处；
四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木，附近又有蜿蜒起伏的山谷等处；
土壤电阻率有突变的地带，如地质断层地带，岩石与土壤、山坡和稻田的交界区，岩石山脚下有小河的山谷等地，雷电易击于低土壤电阻率处；
地下有导电性矿的地面和地下水位较高处；
当土壤电阻率差别不大时，例如有良好土层和植被的山丘，雷电易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
提高线路耐雷水平，降低线路跳闸率的建议
降低接地电阻
降低杆塔接地电阻是提高输电线路反击耐雷水平，降低反击跳闸率的最根本最有效的方法。降低杆塔的接地电阻，首先必须勘测地质，测得杆塔桩位各个不同深度的土壤电阻率，然后根据每基杆塔的实际情况，采取有效的降阻措施。如加装水平接地体、垂直接地体、复合接地体、外引接地体、深埋式接地体、深层垂直接地体或降阻剂等等。在选择降阻剂时，应当选择腐蚀性低、降阻性能较好的降阻剂。《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545 -2010）规定：在雷季干燥时，有地线的杆塔不连地线的工频接地电阻不宜大于下表数值。
增设耦合地线
在雷击杆塔时，耦合线可以起分流和耦合作用，降低杆塔绝缘上所承受的电压，提高线路的耐雷水平。在土壤电阻率很高、杆塔接地电阻难降、杆塔机械强度允许的情况下，可适当考虑在导线下方增设耦合地线。
平衡高绝缘
在线路两侧同时提高绝缘水平（即采用平衡高绝缘），可有效降低整个线路的跳闸机率。
线路适当增加绝缘子片数（塔头间隙也响应增大），可以提高线路绝缘水平和耐雷水平。在高海波地区和雷电活动频繁地区，在满足线路正常运行和内、外过电压塔头间隙情况下，可考虑适当加强绝缘。全高超过40m有地线的杆塔，高度每增加10m，应增加1片相当于高度为146mm的绝缘子；全高超过100m的杆塔，绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定。由于高杆塔而增加绝缘子片数时，雷电过电压最小间隙也应相应增大。
安装线路避雷器
将线路避雷器与绝缘子串并联安装，当雷电绕击线路或雷击杆塔在绝缘子串两端产生过电压超过避雷器动作电压时，避雷器可靠动作，利用阀片的非线性伏安特性，限制避雷器残压低于线路绝缘子串的闪络电压；雷电流经过避雷器泄放后，流过避雷器的工频续流仅为毫安级，工频电弧在第一次过零时熄灭，线路两端断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。安装线路避雷器，可有效提高线路反击耐雷水平。
减小杆塔保护角：
根据运行经验，减小杆塔保护角是降低线路绕击跳闸率最为有效的方法之一。新建线路，建议杆塔采用零保护角或负保护角；改造线路工程，不推荐使用（因其旧杆塔改造施工周期长，费用高）。
结论
输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷水平，降低线路雷击跳闸率。在确定线路防雷方式时，应全面考虑线路的重要程度、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱、
地形地貌特征、土壤电阻率的高低等条件，并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，从而确定出合理的线路防雷保护措施。
110kV禾笔线防雷改造设计如下：
针对土壤电阻率较高的杆塔，建议进行地网改造，降低接地电阻。
在土壤电阻率很高、杆塔接地电阻难降、杆塔机械强度允许的情况下，可适当考虑在导线下方增设耦合地线。
针对位于山顶或突出暴露地形的低绝缘线路，建议采用玻璃绝缘子，整体加强绝缘强度，同时也应提高塔头尺寸和空气间隙裕度，防止塔头间隙放电概率增大。
针对大跨越档距杆塔，加装线路型避雷器。
针对位于山顶或突出暴露地形的易雷击杆塔，建议加装线路型避雷器。
针对位于山顶、山腰迎风处、山谷谷口等高塔位地形杆塔，一般档距也较大，雷电流不易流散。需要重点保护，建议加装线路型避雷器。
新建线路，建议杆塔采用零保护角或负保护角；减小杆塔保护角是降低线路绕击跳闸率最为有效的方法之一。
雷电活动是一个复杂的自然现象，由雷电强度的概率分布特性、防雷设计和改造的技术、经济等限制，线路雷击跳闸事故只能降低到一个可接受水平，不可能完全杜绝。因此，在采取措施降低雷击跳闸率同时，更应加强线路继电保护和重合闸管理，避免继电保护故障和不必要的重合闸退出，在雷击故障发生后及时切除故障，恢复送电，防止瞬时雷击故障扩大或造成线路长时间停电。
参考文献
【1】 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
【2】 《高压输变電设备和绝缘配合、高电压试验技术》（GB311.1～311.6-83）
【3】 《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）
【4】 《电力工程高压送电线路设计手册》（第二版）
【5】 《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545 -2010）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。