架空输电线路的防雷保护探讨

【摘 要】高压架空输电线路是电力系统主要的网架结构，由于输电线路长度大，地处旷野，穿山越岭，纵横交错，绵延千里。特别是鄂东南地区的地峡山貌和气象特征，较易形成多频雷击区域，导致穿越雷区的输电线路经常遭受雷击造成跳闸事故，严重地影响着电网系统的安全运行。且雷击线路跳闸事故发生时，多伴有雷雨天气，雷击事故地点多在山区偏僻、隐蔽且不易发现，需调用大量的人力物力沿线查找事故点且难于进行抢修。同时雷击线路时，自线路的雷电波入侵变电站会直接威胁变电站乃至整个电网运行的安全，因此，对输电线路的防雷保护是电网安全运行研究的重要课题。

【关键词】输电线路；雷击计算；防雷措施

引言

输电线路的防雷性能的优劣主要由耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。针对鄂东南地区的地形山貌和气象特征，综合历年来黄石地区电网运行中的雷击跳闸率分析，直击雷是造成本地区电网线路雷击故障的主要原因。也是本文研讨的主要方向。

1 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平

线路遭受雷害可分为三种情况：雷击杆塔顶部；雷击；雷绕击导线。

1.1 雷击杆塔顶部过电压和耐雷水平

雷击塔顶时， 此正雷流波的数值与三个负电流波之总和相等。

（1）塔顶电位计算：

单根避雷线的等值电感lb约为0.67L微亨（L为档距长度米）

双根避雷线的等值电感lb约为0.42L微亨，Rch为杆塔冲击电阻，I为雷电流。

则塔顶电位：

（2）导线电位计算： 因避雷线与导线间的耦合作用将产生耦合电压，

则导线电位的幅值：

（3）线路绝缘子上的电压：为塔塔电位和导线电位之差。

雷击时，导、地线上电压较高，将出现冲击电晕。（k为电晕修正系数）

（4）耐雷水平的计算：杆塔的耐雷水平I可由Uj等于绝缘子串的50%冲击闪络电压时求得：

根据规程规定，不同电压等级输电线路，雷击杆塔时的耐雷水平I1不应低于下表所列数值：

计算公式分析结果表明：

雷击塔顶时的耐雷水平与分流等数β、杆塔等值电感Lgt、杆塔冲击接地电阻、导地线间的耦合系数k和绝缘子串的冲击闪络电压U50%有关，因此

降低杆塔接地电阻和提高耦合系数k是提高耐雷水平的重要手段。

1.2 雷击避雷线档距中央时的过电压和耐雷水平：

雷击避雷线时。由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合电压，故雷击处避雷线与导线间的空气间隙S上所

承受的最大电压U值为：

雷击避雷线档距中央

雷击处避雷线与导线间空气间隙S上的电压与耦合分数k，雷电流陡度a以及档距长度L有关，当次电压超过空气间隙S的放电压时，间隙将被击穿造成短路事故。

S=0.012l+1m

规程认为档距中央导、地线间空气距离S满足以上公式值，就不会出现击穿事故。

1.3 绕击时的过电压和耐雷水平

装设了避雷线的输电线路，仍然有雷绕过避雷线击中导线的可能。绕击概率与避雷线对外侧导线的保护角度α、杆塔高度和线路经过地区的地形地貌有关，用下列公式计算绕击率：

平原地区： （为绕击率、α保护角，h为杆塔高度）

山区：

从绕击率计算公式可知，山区的雷绕击率为原的3倍，保护角也相应需要增大8度。

绕击过电压：

绕击耐雷水平：

规程认为： 故：

运行经验分析，绕击的耐雷水平较雷击杆塔小得多。

2 输电线路的雷击跳闸率计算

输电线路着雷时，当雷电流超过线路耐雷水平，才能引起线路绝缘冲击闪络，线路才会跳闸停电。有避雷线的输电线路每100公里每年落雷次数N=0.6hb（hb为避雷线对地平均高度），击杆率为g，则每100公里每年雷击杆塔的次数为N.g=0.6hb.g次，若雷击水平为I，雷电流幅值超过I的概率为P1

则每100公里线路每年跳闸次数为：n1=0.6hb.g.η.P1

线路雷击跳闸率：n1=0.6hbη（gP1+Pa.P2）次/100公里.年（P1，P2为雷击概率）

鄂东南地区的雷击跳闸率计算：

以220kV双避雷线的栖儒桥变—姜家垅变为例进行计算，绝缘子串13片Χp-7·，U50%为1410伏，杆塔冲击电阻为7Ω，导、地线弧重为12米和7米，地线平均高度hb= 29.1-2/3 ×7 = 24.5米，导线平均高度hb =23.4-2/3 × 12=15.4米，地线半径为5.5毫米，双避雷线对外侧导线的几何耦合系数k。= 0.237，修正后k =1.25 × 0.337=0.296，杆塔等值电感Lgt = 29.1 × 0.5 = 14.5微亨，分流系数β =0.38。

雷击杆塔耐雷水平：

绕击耐雷水平：

则栖儒桥变—姜家垅变线路雷击跳闸率：

3 防雷措施

在确定输电线路的防雷设计方式时，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强弱、频率、地形山貌的特点，土壤电阻率的大小等各方面因素，结合当地原有的输电线路运行经验，根据技术经济比较，选择优质、高效防雷保护措施。

3.1 选择合适的架空避雷线

架空避雷线是高压输电线路最基本最实用的防雷措施，其目的是凌空保护防止雷电直击导线， 对输电导线耦合保护，降低雷击时绝缘子串上的过电压， 有效地对导线进行屏蔽保护，确保输电线路的正常运行。目前黄石地区的500kV、220kV及110kV输电线路均采用架设双避雷线方式，保护角均为20°左右。

3.2 尽量降低杆塔接地电阻

降低杆塔基接地电阻是提高线路耐雷水平的重要有效措施， 输电线路杆塔的工频接地电阻在雷季干燥时不能超过一定的值（30Ω）， 鄂东南山区地带，经常使用平行延长接地线和添埋降阻剂的方式进行降阻来提高杆塔的耐雷水平。

3.3 架空耦合地线

在降低塔基接地电阻十分困难的山区塔位，可采用在导线下方架设地线的方式防雷（目前在黄石电网中110kV大富线71#—72#档内就采用该方法），其增加了避雷线与导线间的耦合作用，经多年运行检测，该方法对降低雷击跳闸率的作用十分明显有效，值得推广。

3.4 采用不平衡绝缘子方式

在现代电网规划中由于廊道稀奇，同杆架设的多回高压输电线路日益增多，对此类同杆多回线路仅采用通常防雷措施是无法满足要求，还应采用不平衡绝缘方式降低雷击跳闸率。一般二回路绝缘水平的差异为1.73倍相电压，差异过大将使线路总故障率增加 。

3.5 装设自动重合闸

由于雷击造成的闪络大多数能在跳闸后迅速自动恢复运行，所以重合闸的成功率较高，据黄石地调统计分析，110kV及以上高压线路雷击重合率75%—95%，35kV及以下配网线路为50%—80%，因此自动重合闸方式十分有效。

3.6 采用消弧线圈接地方式

对雷电活动强烈，接地电阻又难以降低的山区，可考虑中性点不接地或经消弧线圈接地的方式，绝大多数的单相雷击闪络接地故障将被消弧线圈所消除。

3.7 装设管型避雷器

在输电线路交叉处常常在高杆塔上装设管型避雷器以限制相电压，据多年运行统计，该方法具有一定的防雷效果。

3.8 加强绝缘爬距

对于易雷击区域的高杆塔可采取增加绝缘子串数的方法来提高其防雷性能 。

4 结论

本文根据自己多年来对输电线路运行维护的观测和总结，提出了对本地区电网输电线路中对雷击事故的防范和措施的研讨。

要彻底解决雷害问题，防治输电线路雷击跳闸，必须精确了解雷击导地线或杆塔后雷电波路径对绝缘子串闪络的机理和影响 。然而目前线路雷击跳闸事故的查找和分析存在许多问题：首先，雷击故障点的寻找工作量大。当前对故障点的查找主要依靠雷电定位系统和故障录波装置进行大致定位，有时还存在误判。 特别是在山区，巡线人员翻山越岭，费时费力，还有可能延误送电等严重后果。所以雷击跳闸故障原因难于准确辨别。在电力系统运行中，往往将发生在雷雨天气而又未能查明故障点的线路跳闸原因均认定为雷击故障，这就影响了对事故真正原因的查找，留下了再次发生事故的隐患。 给防雷研究带来一定的困难和疑惑，因此对输电线路遭遇雷击灾害的研究任重而道远。

参考文献：

[1]胡毅，刘凯，编著.《输电线路遥感巡检与检测技术》.

[2]曾昭桂，李朝纲.编著.《输配电线路运行和检修》.