超高压输电线路雷电绕击及防雷措施探讨

【摘 要】雷电绕击是超高压输电过程中常遇到的问题，因此，预防雷电绕击是超高压输电线路的防雷重点。本文以500kV金换甲线为例，阐述输电线路故障的情况，分析产生故障的主要因素，最终认定防止雷电绕击是避免雷击故障的有效途径。本文着重阐述了几种超高压线路防雷措施，分析这几种措施的优点和缺点，然后，根据超高压输电线路的实际情况，认为安装输电线路避雷器和可控放电避雷针是最为有效的措施，它是属于综合防雷措施的范畴，在实际工作中也有广泛的应用，且效果显著。

【关键词】超高压;输电线路;雷电绕击;防雷措施

雷电是干扰超高压输电工作的主要因素，我国统计的数据显示，雷击引起的线路故障占到线路总跳闸事故的60%左右，占比非常高。在500kV以下电压等级的输电线路中，雷击故障主要有雷电流直接击中铁塔或避雷线引起的反击雷和绕过避雷线的绕击雷两种情况;在500kV以上的超、特高压输电线路中，雷电绕击是引起跳闸的主要因素，综合来看，雷电绕击对超高压输电线路的影响非常大，所以，有效的预防雷电绕击，提高防绕击的能力，是超高压输电工作的重点内容，对电力系统的安全稳定也有重要的意义。

1 实例分析

本文以500kV金换甲线故障为例，故障发生之前，输电线路运行正常，没有发生事故的现象。

1.1 故障经过

2014年06月04日22时11分18秒672毫秒，500kV 金换甲线B相跳闸，重合闸成功。兴仁站：主一、主二保护动作，主一保护测距距兴仁站15.4km（对应塔位#084）;主二保护测距距兴仁站17.36km（对应塔位#079、#080）;兴仁站行波测距距兴仁站16.2km（对应塔位#082、#083）。金州变电站：主一、主二保护动作，主一保护测距距金州变电站39.2km（对应塔位#082、#083）;主二保护测距距金州变电站39.8km（对应塔位#084、#085）。雷电定位系统显示跳闸时刻，#081-#082塔附近有落雷。

1.2 故障处理情况

在得知故障跳闸信息后，输电所立刻对跳闸的信息进行分析，并结合当晚现场天气情况及雷电电位系统数据分析，确定#079-#085为重点巡视区段，在次日开展故障特巡。在检查时发现，#082塔B（右）相有明显雷击闪络痕迹，故障表象如下：B相相序牌（铝质）安装孔融化掉落地面，相序牌有明显的放电痕迹;B相部分绝缘子外沿、横担操作板、离绝缘子串1.5米处的导线上有放电痕迹;#082塔地线放电间隙、光缆短接线有明显的放电痕迹;#081塔地线放电间隙有轻微的放电痕迹。#082塔距离兴仁站为16.496 km，与行波测距16.2km（对应塔位#082、#083）基本吻合，综上确认#082塔为本次跳闸故障点。

操作板处放电痕迹

相序牌放电痕迹

1.3 故障原因分析

检查发现，#082塔前后通道均是安全的。故障发生时，现场是雷雨天气。#082塔反击耐雷水平为150.5kA，绕击耐雷水平为22.22 kA，雷电定位信息系统显示跳闸时刻落雷电流为37.8 kA，大于该塔绕击耐雷水平22.22 kA。本次跳闸塔位小号侧为山凹，跳闸相为单相且处于半山腰， #082 B相部分绝缘子外沿、横担操作板、离绝缘子串往小号侧1.5米处的导线上有放电痕迹，地线放电间隙、光缆短接线有明显的放电痕迹。因此，综合判定此次故障是雷电绕击#082塔B相导线所致。雷电定位系统记录如下图：

2 雷电绕击的定义

输电线路上避雷线的主要作用就是把线路上方的雷电引向自身，使自身承受雷电的攻击，从而保护输电线路的安全稳定，这是当前使用比较广泛的防雷措施，但是避雷线的防护作用并不绝对，雷电有一定的概率绕过避雷线，将雷电的负面效果直接作用在输电线路上，造成线路出现故障，这就是雷电绕击。

雷电绕击发生的概率叫做绕击率Pa，它与保护角α的大小有很关，如果保护角变小，那么绕击率就会变小。如果保护角不变，输电线路的高度h增高，那么绕击率也会变大。同时也受到所在地的地形地貌影响。绕击率的计算公式为： 平地线路

山区线路

如果只从公式上来看，两者的相差不大，结果非常接近，但是，在实际情况中，山区线路的绕击率是平地线路的3倍，或者相当于保护角增大了8°[1]。

3 预防雷击的主要措施

3.1 减小避雷线的保护角

根据公式得知，当输电线路的保护角减小的时候，输电线路的绕击率就会下降，线路就能有效的预防雷击，因此，仅凭公式可以得出：减小线路的保护角就能起到预防雷击的效果。但是，这种措施的可行性较差，没有考虑到线路的实际情况，已经建好的线路，已经很难改变其保护角，建在山区之中的杆塔，水平倾角相对要大，受杆塔顶部设计的限制，保护角一般不能改变，所以，减小线路的保护角不是一种好的预防措施。

3.2 减小杆塔接地的电阻

超高压输电线路还有一种比较普遍的防雷措施，那就是减小杆塔的接地电阻。当杆塔的接地电阻降低时，杆塔顶部的电位就会减小，杆塔及线路的抗雷水平就会增加，因此能有效的避免雷击带来的危害。减小杆塔接地电阻的方法非常多，一般的采用水平外延接地体、填充低阻物质、加装导电装置等方法。由于本文的案例是解决绕击问题，因此，也不使用这种方法。

3.3 安装保护间隙

在遇到雷击时，保护间隙能够通过电弧闪络来保护绝缘子不受损坏，有效的减小雷击带来的危害，降低事故的可能性。但是，它也有一定的负作用，当安装上保护间隙时，一部分绝缘子就会出现短接的情况，最终使得线路的绝缘能力降低，遇雷击时的跳闸几率还会增大，因此这种措施也不适合。

3.4 安装可控放电避雷针

如果在杆塔的顶部安装可控放电避雷针，就能提高它的引雷能力，大大降低雷电绕击现象的发生，同时，雷电绕击的电流相对较小，把接地的电阻值控制在合理的范围内，不会产生反击闪络的现象，不会因为反击而跳闸。同时，要注意在安装可控放电避雷针时，一定要符合相关规定，这样它的防护能力才会达到最佳，杆塔的接地电阻要尽量的减小，必要时可以进行更换，保证可控放电避雷针达到最好的预防效果。

3.5 安装线路金属氧化物避雷器

在超高压输电线路上加装金属氧化物避雷器，能够有效地降低雷电绕击的发生概率，增加线路的稳定性。它的工作原理是：当线路避雷器与绝缘子连在一起后，雷电绕击的线路或雷击杆塔上的电压超过避雷器的动作电压时，避雷器就能产生反应，利用电阻片的非线性伏安特性，让避雷器的残压低于线路绝缘子串的闪络电压;雷电的电流经过释放后，避雷器会把工频续流及时截断，线路不会因此跳闸，输电线路进而恢复正常。在雷电频繁的地区，或者土壤导电能力差的地方，这种方法能够极大的提高防雷的水平，增强线路的稳定性。

4 总结

雷电绕击是超高压输电过程中常遇到的问题，因此，预防雷电绕击是超高压输电线路的防雷重点。本文以500kV金换甲线为例，阐述输电线路故障的情况，分析产生故障的主要因素，最终认定防止雷电绕击是避免故障的有效途径。本文着重阐述了五种超高压线路防雷措施，分析了这五种措施的优点和缺点，然后，根据超高压输电线路的实际情况，认为安装输电线路避雷器和可控放电避雷针是最为有效的措施，它是属于综合防雷措施的范畴，在实际工作中也有广泛的应用，且效果显著。

参考文献：

[1]维列夏金，吴维韩.俄罗斯超高压和特高压输电线路防雷运行经验分析[J].高电压技术，1998.

[2]陈新岗，袁涛，陈渝光.线路型避雷器在输电线路防雷中的应用[J].高电压技术，2003.

[3]张志劲，司马文霞.超特高压输电线路雷电绕击防护性能研究[J].中国电机工程学报，2005.