架空线路雷击跳闸特征分析及防雷措施探讨

【摘 要】 对某市雷电活动情况进行分析，阐述架空线路雷击跳闸闪络点特征，并从雷击跳闸线路杆塔所处地形地貌、反绕击跳闸性质、地线保护角、相序排列、接地电阻等方面分析雷击跳闸特点，提出加强线路防雷措施建议。

【关键词】 输电线路 雷击跳闸 闪络 防雷

某市雷电活动频繁，线路雷击跳闸占跳闸总数50%以上，线路安全运行受到雷电活动影响显著。本文对某市近几年雷电活动及线路雷击跳闸情况进行了分析，并对线路防雷措施进行了探讨。

1 雷电活动情况分析

通过对某市地闪密度、雷电流幅值等雷电参数进行统计分析，发现近年某市雷电正负极性比率分别为4.84%、95.16%，地闪平均密度为11.3～11.5次/km2·a，远高于全国平均水平（2.78次/km2·a）。

雷电活动一般集中在每年的4-10月，其中以6、7、8、9月的雷电活动最为频繁，尤其是8月，平均落雷次数为5942.7次，占全年落雷总数的29.7%，且以负极性雷为主。从最大雷电流分析看，一般最大雷电流出现在5-6月较多，主要原因为每年5月进入雷雨季节前，气候干燥，空气中正极性电子含量较高，在夏季初强对流天气来临后，放电能量较高。

2 雷击跳闸闪烙点特征分析

经对近几年雷击位置统计发现，雷击点主要位于绝缘子本体、导线、导线防振锤、引流线、均压环、金具、横担、塔材等位置，其中位于绝缘子本体占63.11%，位于导线、导线防振锤、引流线占13.59%，位于均压环、金具占20.39%，位于横担、塔材占2.91%。

（1）雷击点位于绝缘子本体上。绝缘子遭受雷击后，绝缘子边缘有烧伤，且横担侧、导线侧绝缘子烧伤最严重。（2）雷击点位于导线、导线防振锤、引流线上。导线垂直或三角排列时，一般上相绝缘子被击穿的机率较大；导线平行排列时，两边线被击穿的机率较大。（3）雷击点位于均压环、金具上。线路若安装有均压环，则雷击点主要在均压环上。（4）雷击点位于横担、塔材上。一般情况下，直接雷击横担、塔材的概率较小，但偶有发生。

3 雷击跳闸原因分析

3.1 雷击跳闸线路杆塔所处地形地貌分析

近年雷击跳闸中，线路杆塔位于山顶或山脊处的占69.4%，位于丘陵或山脉上边坡外侧的占19.4%，位于平地的占11.2%。可见，山顶或山脊易遭受雷击，且山上一般土壤电阻值较大，接地装置亦较大，雷电冲击作用较小，耐雷水平较低，跳闸较多，符合雷击跳闸地理位置规律。

3.2 雷击跳闸性质分析

线路雷击跳闸分为反击和绕击。近年500kV线路跳闸基本为绕击跳闸；220kV线路跳闸绕击跳闸率约75%，反击跳闸率约25%；110kV线路跳闸绕击跳闸率约7.7%，反击跳闸约92.3%。可见，500kV、220kV线路以绕击跳闸为主，110kV线路以反击跳闸为主。

3.3 雷击跳闸保护角分析

避雷线保护角是指避雷线悬挂点与被保护导线之间的连线，与避雷线悬挂点铅垂方向的夹角。减小地线保护角是防止线路雷电绕击的主要技术措施，设计规程要求500kV、220kV、110kV线路地线保护角分别小于15度、20度、25度。由于某市500kV、200kV线路绕击跳闸比例较高，建议线路设计时减小地线保护角，特别是500kV线路和同塔多回共架线路，可采用负保护角。

3.4 雷击跳闸相序排列分析

近年某市单回路结构线路雷击跳闸中，以两边相的跳闸比率最高，占了跳闸总数的63.6%；同塔双回或多回结构线路，上中下三相雷击跳闸比例基本一致，差异不大，但以中相、下相的跳闸比例最高，各占双回路跳闸总数的31.4%；同塔四回线路结构以上相、下相的跳闸比例最高，占了线路跳闸总数的40%和33.3%。

3.5 雷击跳闸接地电阻分析

线路杆塔接地电阻的大小直接影响杆塔反击耐雷水平。杆塔接地电阻越小，反击耐雷水平越高。若杆塔接地装置被腐蚀或接地引下线被盗，杆塔只有基础的自然接地电阻，耐反击雷水平会降到20kA以下，遇到雷击，跳闸率会很高。因此，维护好杆塔的接地装置，降低杆塔接地电阻，是降低雷击跳闸率的有效措施。

接地装置有多种形式，可为水平接地或深埋接地，不管采用何种接地，将接地装置埋到土壤电阻率低的地方会获得较好的效果。有条件时，也可采用连续接地的形式，即每基杆塔只埋两个方形接地体，用两根接地圆钢将两基杆塔的接地方框连接，能提高线路的耐雷水平，连接的杆塔基数越多越好。

4 防雷措施探讨

4.1 减小杆塔避雷线保护角

减小杆塔避雷线保护角可以增强避雷线对导线的屏蔽，从而减小线路的绕击闪络率。但对于已建成的线路，该方法不易操作。所以在输电线路设计阶段，就应根据线路路径、沿线地形和线路重要情况，选择合理的保护角。

4.2 降低杆塔冲击接地电阻

110kV和220kV同塔多回线路杆塔冲击接地电阻降到10Ω以下（其相应的工频接地电阻为14Ω），便可达到规程中110kV和220kV典型单回线路反击耐雷水平的参考值（110kV线路为63～41kA，220kV线路为110～76kA）。220kV/110kV同塔四回线路杆塔冲击接地电阻降到5Ω以下（其相应的工频接地电阻为7Ω），可达到规程中典型单回线路参考值。

在实际应用中，对于同塔多回线路，特别是高度较高的杆塔，进行经济性比较之后，应尽量使工频接地电阻值在7～15Ω之间。

4.3 安装线路避雷器

安装线路避雷器是一种较为有效的防雷措施，线路杆塔安装避雷器后，杆塔耐雷水平有很大提高。线路避雷器的原理是当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。一旦出现高电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护电气设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电。由于避雷器的启动条件是被保护设备附近的过电压水平，因此该项技术措施不仅对反击有效，对绕击亦效果显著。

线路避雷器安装原则如下：①线路易击段安装，即考虑在雷电活动较强区域、经常遭受雷击的杆塔、跨越塔以及采用其它防雷措施困难或效果差的局部线路段安装；②在重点杆塔安装线路避雷器时，最好在其相邻杆塔上也同时安装，避免当雷击该杆塔的雷电流大到一定程度后，有避雷器的杆塔并不发生闪络，但邻近杆塔先发生雷击闪络；③220kV/110kV异电压等级同塔四回线路中优先考虑在110kV线路上安装避雷器；④同塔双回线路可在其中1回上安装避雷器；⑤垂直排列四回路，优先安装上两回；⑥水平排列四回路，优先安装外侧两回。

4.4 同塔多回线路不平衡绝缘改造

在杆塔空气间隙允许的情况下，将同塔多回线路中一回的绝缘增强。雷击时，绝缘较弱的回路先闪络，闪络后的导线就相当于地线，增加了对另一回路的导线的耦合作用，从而提高另一回绝缘较强线路的耐雷水平。运行经验表明该方式对降低同塔双回线路同时跳闸率有较显著的效果。

4.5 装设耦合地线

装设耦合地线的作用如下：①对各相导线间的屏蔽耦合作用增大，使绝缘子串电压降低，等值波阻抗减少，因而耐雷水平提高；②对雷击杆塔雷电流的分流作用增加，使塔顶电位降低；③能等效提高地电位面，使杆塔有效高度相应减小，从而在雷击塔顶时导线上感应电压分量减小，相当于杆塔本身电感量减少，利于降低塔顶电位；④地形不利时，能增大防雷电绕击的作用；⑤改善输电线路沿线的电磁环境。但装设耦合地线易受杆塔强度、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素影响，且易被偷盗，设计和安装时还需考虑间隙距离是否满足要求。

5 结语

本文从雷击跳闸杆塔的地形、反绕击性质、地线保护角、相序排列、接地电阻、闪络点特征等方面分析了架空线路雷击跳闸特点，总结了线路防雷措施。防雷是一项持续的工作，应不断积累运行经验，从实际出发因地制宜，综合治理。制定防雷措施时应区分不同雷区、地形地貌、线路不同电压等级及重要性，采取差异化防雷措施。

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