基于 35kV 集电线路防雷技术研究

引言

随着新能源发电规模快速扩张，35kV 集电线路承担着风电场、光伏电站电能汇集输送的关键任务，线路防雷性能直接关系到新能源消纳效率。雷击跳闸事故不仅造成发电损失，还会引发设备损坏甚至人身安全事故，防雷技术优化已成为提升电网运行可靠性的迫切需求。深入分析雷击机理并构建差异化防护体系，对于降低雷害事故率、保障电力系统安全稳定运行具有重要现实意义。

一、35kV 集电线路雷击机理与影响因素分析

1.雷击类型与放电过程

35kV 集电线路遭受雷击时表现出不同的放电特征，直击雷通过雷云对导线或杆塔的直接放电形成高达数十 kA 的电流通道，瞬间产生的强大电磁场导致绝缘子串闪络。感应雷则通过雷云放电在附近线路产生静电感应或电磁感应，虽然过电压幅值相对较低但作用范围更广。雷电流波形陡度决定了过电压上升速率，当波前时间缩短至 2.6μs 以下时，绝缘子串承受的电压变化率急剧增加，放电发展速度随之加快。雷电流幅值超过 20kA 后线路绝缘配合失效的概率显著提升，特别是负极性雷电流在相同幅值下造成的绝缘击穿电压比正极性低 15kV 左右。连续雷击过程中首次回击建立放电通道，后续回击虽然幅值较小但陡度更大，往往成为绝缘子串最终闪络的决定性因素[1]。

2.35kV 线路雷击故障特征

近年来 35kV 集电线路雷击故障呈现明显的区域性分布特征，山区线路年均雷击跳闸次数达到平原地区的 3.7 倍，故障点集中在海拔变化剧烈的山脊线路段。雷击造成的工频续流持续时间普遍超过 0.1s，绝缘子铁脚与瓷件连接处出现明显放电痕迹，部分严重故障导致横担变形或导线断股。地形起伏度每增加 100m ，线路遭受雷击的概率提升约 1.8 倍，这种相关性在雷暴日超过 40 天的地区表现尤为突出。杆塔高度超过 30m 的耐张塔雷击故障率明显高于直线塔，主要原因在于耐张串的复杂结构降低了放电路径的分散能力。沿海地区盐雾环境下绝缘子表面污秽层在雷电冲击下形成局部电弧，加速了闪络过程的发展，故障后绝缘子表面常见树枝状放电痕迹延伸至钢脚附近。

3.防雷薄弱环节识别

35kV 集电线路防雷体系存在多个相互影响的薄弱环节，杆塔接地电阻实测值普遍超过设计标准，特别是岩石地质区域，高电阻率土壤使雷电流泄放受阻导致塔顶电位升高。绝缘子串配置应充分考虑海拔修正要求，高海拔地区空气密度降低使实际耐雷水平有所下降。避雷器安装密度不足且分布不均，重要跨越段落缺少必要的保护措施，部分线路避雷器动作次数超过设计寿命但未及时更换。复杂地形条件下接地网敷设困难，降阻剂效果随时间衰减明显，季节性冻土区域冬季接地电阻比夏季增加 2 至 3 倍。线路走廊穿越山谷时遭受绕击的概率大幅上升，现有防护措施难以应对地形因素带来的雷击风险集中效应，需要建立差异化的防雷策略体系。

二、35kV 集电线路防雷技术优化研究

1.直击雷防护技术

35kV 集电线路直击雷防护需要从避雷线布置入手进行系统性改进，保护角应控制在 20^∘ °以内以确保导线处于有效屏蔽范围，特殊地形条件下可采用负保护角设计提高防护效果。避雷线安装高度需根据杆塔结构形式进行差异化设置，耐张塔避雷线对地距离应比直线塔增加 1.5m 以补偿绝缘配合的不足，同时选用直径不小于 50mm² 的铝包钢绞线替代传统镀锌钢绞线能够降低雷电流分流系数。

氧化锌避雷器的持续运行电压可选择 38.5kV 等级，标称放电电流 10kA 规格能够满足大部分线路段的防护需求，但雷电活动频繁区域需要提升至 15kA 规格。避雷器安装位置的确定需要结合线路运行经验数据，易击段杆塔三相均应安装，一般线路段可采用上相或边相安装方式，耐张塔跳线两端配置避雷器能够有效抑制反击过电压的传播。通过建立避雷线与避雷器协同作用的防护体系，直击雷防护效率可提升至设计要求的耐雷水平，

实现雷击跳闸率的显著下降[2]。

2.感应雷防护技术

感应雷防护技术优化需要从绝缘配合调整开始实施，选用复合绝缘子替代传统瓷绝缘子能够将爬电距离提升至 1100mm 以上，硅橡胶材料的憎水性特征使污闪电压提高 35kV。绝缘子串长度应根据海拔高度进行修正，高海拔地区需要按照气压修正系数增加绝缘子片数以补偿空气密度降低带来的绝缘强度下降。接地装置改进应采用放射型接地网布置方式，主接地极采用热镀锌角钢深埋 3m 以下，水平接地体向四周延伸形成有效的电流散流通道。

高电阻率土壤区域需要施加长效物理降阻剂，降阻剂包裹接地体后能够扩大等效接地半径至原来的 2.5 倍，但施工时必须确保降阻剂与接地体充分接触。深井接地技术适用于表层土壤电阻率超过 1000Ω⋅m 的区域，垂直接地极深入地下 15 至 20m 寻找低电阻率土层或地下水层，配合压力注浆工艺形成稳定的低阻通道，接地电阻可控制在 10Ω 以内。

3.新型防雷技术应用

新型防雷技术的应用需要根据 35kV 集电线路特点进行针对性部署，可控避雷针技术通过主动触发机制将雷电引向预定通道，触发时机控制在雷云电场强度达到 25kV/m 时启动，提前释放空间电荷降低雷击随机性。该技术在杆塔顶部安装电场传感器实时监测大气电场变化，当检测到雷暴临近时自动调整避雷针尖端电晕放电强度[3]。

线路型避雷器配合串联间隙能够解决传统避雷器频繁动作导致的老化问题，间隙距离设置为 120mm 时既保证正常运行电压下不导通，又能在过电压达到保护水平时可靠动作。智能防雷监测系统通过在关键节点布置雷电流传感器实现故障定位精度达到 500m 以内，系统采集的波形数据经过算法分析能够识别雷击类型、评估设备损伤程度。在线监测平台整合气象雷达数据建立区域雷暴预警模型，提前 2 小时发布预警信息指导运维人员采取预防措施，形成主动防御体系取代传统的被动响应模式。

4.多因素协同防雷策略

多因素协同防雷策略的制定需要打破单一措施的防护局限，将避雷线、避雷器、接地系统形成互补体系，当避雷线承受直击雷后，避雷器立即分流剩余能量，接地网则完成最终的电流泄放过程。协同效应的关键在于各环节响应时间的精确匹配，避雷器动作时间控制在纳秒级别才能有效配合避雷线的屏蔽作用。

山区线路需要采用加强型防护方案，在海拔每上升 500m 的节点增设一组避雷器，同时将接地网面积扩大至平原地区的 1.5 倍。平原地区线路重点解决土壤电阻率季节性变化问题，雨季前在接地极周围回填导电混凝土保持电阻稳定性。沿海线路防护方案需要考虑盐雾腐蚀因素，选用耐腐蚀等级达到C5 级别的金具材料，绝缘子爬电距离增加至内陆地区的1.3 倍。丘陵地带线路采用分段防护策略，坡顶位置强化直击雷防护，坡底区域重点防范感应雷，通过地形特点制定针对性措施实现防雷效果最优化。

三、结束语

35kV 集电线路防雷技术优化需要立足雷击机理分析，针对不同类型雷击采取差异化防护措施，通过优化避雷线保护角、改进接地装置设计、应用智能监测系统等综合手段，构建多层次立体防护网络。各项防雷措施之间的协同配合能够显著提升整体防护效果，特别是针对复杂地形条件制定的差异化策略为解决区域性雷害问题提供了新思路。未来防雷技术发展应当继续深化主动防护理念，推动智能化监测预警系统的广泛应用。

参考文献

[1]南泽文,蔡斌,梁茂祺,陆兰毅,彭睿,谈重磊,杨兰均 .35kV 风电场集电线路防雷仿真方法优化研究[J].电工技术,2025,(01):159-165.

[2]王善军,孙永杰,李波,王栋,张文雅.35kV 集电线路防雷技术研究[J].电工技术,2024,(23):230-232+236.

[3]张敏.35kV 风力发电集电线路防雷绝缘子结构设计[J].自动化应用,2024,65(03):112-113+121.