浅谈输电线路雷击跳闸原因及对策

摘要：本文首先介绍了输电线路雷击的形式及危害，对雷击跳闸原因进行分析，最后提出输电线路的防雷措施。

关键词：输电线路；雷击；跳闸；对策

中图分类号： TM621.5文献标识码：A 文章编号：

引言

110kV 及以上架空输电线路多建于空旷地带或山上，在雷电活动极为频繁的地区，一直受到雷击故障的困扰。 尤其是雷雨季节，雷击跳闸率长期居高不下，严重地影响了架空输电线路的安全、可靠运行。 我国电网故障分类统计数据表明，多雷地区线路雷击跳闸次数占总跳闸次数的 40%～70%。 因此，如何切实有效地制定及改善架空输电线路的防雷措施，已经成为确保线路安全、可靠运行的重要工作之一。

1雷击的形式及危害

输电线路雷害的形式有两种，一是感应雷，二是直击雷。 实际运行经验表明：110kV 及以上电压等级的输电线路雷害的原因则主要是根据经验和故障现象进行分析，因而比较难做出准确判断，这对于有针对性地采取防雷对策，十分不利。 郊外线路因地面附近的空间电场受山坡地形等影响，其绕击率约为平原线路的 3 倍，或相当于保护角增大 8°。雷电对电力设备绝缘危害最大的是直击雷过电压，直击雷过电压的峰值很高，破坏性很强，在输电线路上可能引起绝缘子闪络、烧伤或击穿；重者击断导线造成停电事故。

2 雷击跳闸原因分析

线路的雷击跳闸率与线路的塔型、绝缘强度、接地电阻、沿线地形及雷电活动等诸多因素有关。

2.1 线路所处位置地形地貌因素

输电线路将电能由电厂输送至负荷中心，面临着复杂的地形、地质、气候条件。据统计，在历年雷击事故中，有超过 2/3 的雷击事故发生在山区，这与高压输电线路所处山区的特殊地形及复杂气候条件有关。雷击闪络线路所处的地形主要有山顶、山坡、山凹、水田、大跨越及风口处。而这些都处于线路的易击段，如雷暴走廊、四周是山丘的潮湿盆地、土壤

电阻率有突变的地带、突出的山顶、山的向阳坡等。

2.2 雷电绕击因素

雷电绕击跳闸率约占80%左右，是造成线路跳闸的主要原因，所以防止雷电绕击又是线路防雷工作的重点。雷电绕击率与杆塔高度、避雷线保护角及杆塔地面坡度呈递增函数关系。当塔高增加时地面的屏蔽效应减弱，绕击区变大。同时杆塔高度增加时电感增大，雷电流流过杆塔时产生的电压幅值增高。避雷线保护角与绕击区成正比，保护角越大形成的绕击区越大，从而使绕击次数增加。随着地面坡度的增大，导线的暴露弧段也将增大。当线路

沿山坡走向架设时，山坡外侧绕击区增大，绕击次数增加，山坡内侧绕击区减小，绕击次数减少。满足设计规程要求的超高压线路具有较高的防反击水平，但由于山区地面倾角的影响，大大降低了避雷线屏蔽的有效性，特别是转角塔，由于绝缘子倾斜，内角相导线向线路外侧偏移，从而减弱了地线对导线的防雷保护，使线路雷击故障的概率增加。

2.3 其它因素

随着杆塔接地电阻的增加，线路耐雷水平会明显降低。线路架设密度的增加也会加大遭受雷击的几率。另外部分雷电流幅值超过设计耐雷水平，会直接造成反击闪络事故。绝缘水平不足造成耐雷水平下降，如绝缘子设计串长为 25 片，加上均压环后其有效空气间隙约为 23 片串长，并且塔头间隙尺寸偏小，导致线路耐雷水平先天不足。对于 500kV超高压线路，合成绝缘子发生雷击闪络多与均压环位置安装缩短了绝缘长度有关。因此在电气间隙允许的范围内，适当增加绝缘子长度是十分必要的。但是绝缘子长度的增加，必然会减少绝缘子串对杆塔的风偏裕度，增大了绝缘子串发生风偏跳闸的机率。在增加绝缘子长度的同时，需要增加相应的重锤片，才能解决线路防雷和防风偏两者统一的问题。

3 输电线路的防雷措施

输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统的运行方式、线路电压等级和重要程度、经过地区雷电活动强弱、地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件，参考当地原有线路运行经验，根据技术经济比较结果，采取合理的保护措施。

3.1 架设避雷线

避雷线是高压线路防雷基本措施，主要作用是防止雷直击导线，产生危及绝缘的过电压。装设避雷线后，雷电流沿避雷线经接地引下线进入大地，从而保证线路安全供电。根据接地引下线接地电阻的大小，在杆塔顶部造成不同电位 ；同时雷电波在避雷线中传播时，又会与线路导线耦合而感应出一个行波，但这行波及杆顶电位作用到线路绝缘的过电压幅值都比雷电波直击档中导线时产生的过电压幅值小的多。110kV 电压等级的线路一般都应全线

架设避雷线，保护角大多取 20 ～ 30°。220kV 及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在 15°及以下，有的线路甚至采用负保护角。

3.2 装设接地装置和降低杆塔接地电阻

装设接地装置是防止架空输电线路雷害事故的有效措施之一。各种杆塔的反击跳闸率一般随接地电阻的增大而明显增高，且越高的杆塔反击跳闸率越高。降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的有效措施。在土壤电阻率低的地区，应充分利用自然接地电阻，在高土壤电阻率的地区，用一般方法难于降低接地电阻时，可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，利用接地模块或采用接地降阻剂降低接地电阻值。

3.3 架设耦合地线

在雷电流活动频繁或经常遭受雷击的地段，可在导线下方另架 1 ～ 2 条逐基接地的架空地线 ( 镀锌钢绞线 )，通称为耦合地线，以改善耦合系数。耦合地线与避雷线一样，具有分流和耦合作用，可分流杆塔雷电流 12% ～ 22%，降低绝缘子串上承受的过电压，减少和防止线路绝缘的闪络。运行经验表明，耦合地线对降低线路雷击跳闸的效果显著，约可降低 50% 左右。但需注意，在导线弧垂较大时，档距中央耦合地线与导线间的空气间距应满足电气要求。在考虑架设耦合地线的方案时，还应对其进行可靠论证，因为该方案的施工费用相比起其他方案要高出很多，多数情况下性价比较低。

3.4 采用消弧线圈接地方式

在雷电活动强烈时，接地电阻又难于降低的地区，110kV 及以下电压等级的电网可考虑采用系统中性点不接地或经消弧线圈接地方式。这样可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至于发展成为持续工频电弧。而当雷击引起二相或者三相闪络故障时，第一相闪络并不会造成跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。我国的消弧线圈接地

方式运行效果良好，雷击跳闸率大约可降低1/3左右。

3.5 加强绝缘

为了提高线路的耐雷水平，对个别经常遭受雷击的杆塔可增加1～2片绝缘子。根据规定，全高超过40 m的有避雷线杆塔，每增高10 m应增加一片绝缘子。另外，根据运行经验，对有避雷线的杆塔(包括耦合地线)应逐基接地，接地装置的接地电阻在雷季干燥时，有避雷线的杆塔工频接地电阻不宜超过设计规程要求的数值。

3.6 装设自动重合闸

雷击故障约 90% 以上是瞬时故障，所以应在变电站 ( 所 ) 装设自动重合闸装置，以便及时恢复送电。据统计，我国 110kV 及以上的高压线路重合闸成功率达 75% ～ 95%，35kV 及以下线路为 50% ～80%。因此规程要求“各级电压线路应尽量装设三相或单相重合闸”。同时明确强调“高土壤电阻率地区的送电线路，必须装设自动重合闸装置”。装设自动重合闸装置是防雷保护的有效措施之一。

3.7 安装线路避雷器

加装避雷器及防绕击避雷针可有效降低线路遭受雷击闪络的概率。线路避雷器有多种类型，选择合适的避雷器对线路的防雷效果有直接关系。瓷套氧化锌避雷器由于重量大及其安全问题，不是理想的选择。管型避雷器虽具有较强的灭弧能力，但是这种避雷器具有外间隙，受环境的影响较大，伏秒特性较差，放电分散性大，同时会产生载波，不利于变压器等有线圈设备的绝缘。近年，国内外开展了应用氧化锌避雷器来降低雷击事故的研究，并已成功的将避雷器应用到线路上，将复合外套避雷器安装到线路雷电活动强烈或者土壤电阻率很高、降低杆塔接地电阻困难的线路，提高线路的耐雷水平。

4 结束语

线路防雷是线路工作中非常重要的一部分，输电线路遭受雷击闪络而跳闸的相关因素较多，生产运行单位应认真总结、统计、分析雷害故障原因及防雷措施的应用效果，结合线路历年运行经验和沿线地形、地貌、地质、地势，在逐步摸清雷电易击点杆塔和多雷区段区域的基础上，因地制宜采取综合措施，以有效减少线路雷击跳闸。

参考文献：

［1］ 沈培坤. 防雷与接地装置［M］. 北京 ： 化学工业出版社 ，2006.

［2］ 林福昌. 高电压工程［M］. 北京： 中国电力出版社， 2006.

［3］ 王泉龙， 赵小龙， 等. 输电线路杆塔接地的防雷分析［J］. 山西电力， 2003， 6（116）： 63-66.