220kV输电线路防雷技术研究

摘要：在电力系统中，220kV高压输电线路占据着重要的地位，相对于中低压线路，该类线路受雷击的危害更大，因此，防雷工作具有重要的意义。本文结合某案例实际情况的分析和统计，对220kV输电线路的防雷工作进行分析和研究。

关键词：线路；雷击；统计分析；防雷

中图分类号：TM726.1 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）06-0-01

目前，我国经济的腾飞带领电网建设进程不断推进，引进不少心技术、新装备。220kV高压输电线路的保护工作也有了较大幅度的改善。特备是在防雷方面，新技术、新设备实实在在发挥出重要的作用，在很大程度上减少了雷击事故。本文结合某案例实际情况的分析和统计，对220kV输电线路的防雷工作进行分析和研究。可供同类工程一定的借鉴。

一、雷害概况分析

某220kV输电线路运行超过30年，防雷数据记录保存较为完整。在此期间，输电线路一直受到雷击跳闸问题的困扰。根据雷电定位系统提供的雷电流大小、现场雷击故障点、杆塔接地电阻等综合资料，电压专业人员分析得出，220kV线路近10年可以确定的40次雷击跳闸中，绕击造成的为29次，占72.5%；反击造成的为11次，占27.5%。针对雷击跳闸率分布规律、线路遭受雷击的特点、怎样才能进一步提高线路防雷供电可靠性的问题成为工程人员面临的一个首要问题。2000～2011年期间220kV输电线路年雷击跳闸率参见表1所示。

二、雷击跳闸率的统计分析

1.雷击跳闸率分布规律分析

2.雷击跳闸率置信区间分析

由于雷击跳闸率服从N（0.218，0.082）分布，取信度α= 0.05，则置信概率为95%，置信区间为：（0.218-2×0.082，0.218+2×0.082）或（0.054～0.382）。按照这种统计分析，该220kV输电线路的雷击跳闸率处于（0.054～0.382）范围的可能性是95%。假设该220kV线路的雷击跳闸率监督指标是0.315次/百公里・年，将N（0.218，0.082）变换成标准型，依区间变换，求概率得：

即雷击跳闸率落在0～0.315范围内的跳闸概率为87.7%。可见，该220kV输电线路雷击跳闸率指标完不成的概率为12.3%。

三、220kV线路雷击情况分析

220kV线路近10年可以确定的40次雷击跳闸中，绕击造成的为29次，占72.5%；反击造成的为11次，占27.5%。

1.杆塔接地电阻导致反击现象

雷击杆顶时，反击耐雷水平主要由杆塔接地电阻确定，故防止雷击杆顶造成反击跳闸，主要是改善不合格的接地电阻。接地电阻的合理改造可明显降低反击跳闸率。

2.保护角增大容易造成线路绕击跳闸

绕击的电气几何模型虽然有待完善，但是作为一种分析问题的方法毕竟比规程法前进了一步。运用绕击的电气几何模型分析可知，如果采用某一保护角，使实际杆型下所发生的先导击距小于允许击距，则杆塔绝缘子不会发生绕击闪络，这就是有效屏蔽。对于山多的地形，当线路按常规设计确定以后，耸立在山坡和山顶的杆位受地形影响，使地线对导线的屏蔽作用减弱。如果针对杆塔结构、地形等采取有效屏蔽措施，如采用负保护角等，则可避免杆塔遭绕击闪络，从而使线路绕击率大大下降。

四、线路防雷装置的应用

1.线路防雷装置的开发

线路防雷装置是在多短针驱雷装置基础上开发出来专用于线路防雷的保护装置。2世纪80年代初，该地区电力微波塔频遭雷击，常规的避雷效果不佳，于是开发出了多短针驱雷装置，至今已运行30多年，广泛装设于省内电力微波塔及高层智能大厦上，被保护物没有1台遭受雷击，深受用户的好评。输电线路的防雷实质上归结为杆塔头部的防雷，即高耸物的防雷。在国内外运行经验中，雷击挡距中央避雷线及附近引起闪络跳闸的几率发生极小，故只要使输电线路的杆塔塔头及其附近不遭雷击，输电线路雷击跳闸的几率就会大大下降，线路防雷装置就是针对以上需要而研制开发的。在多雷区，为确保供电可靠性，可考虑采用其它的防雷方法。开发新的线路防雷装置并投入系统使用。

2.新线路防雷装置功能原理

高耸物落雷次数大大增加的重要原因是产生向上的先导，发展为上行雷。然而上行先导的产生是有条件的，即从电晕到先导电弧的转化是有条件的，Golde和Berger指出最必要的条件是尖端放电电流达数十mA及以上。防雷装置实质上是将一定数目的针装在一个大的电极上，以形成均匀电场的型式。经过3年的现场实测，并与国外实测相吻合，其雷暴活动中最大尖端放电电流≤600μA。实测地点为电力调度中心微波塔，塔高75m，实测时间是从1979～1981年，塔上安装的磁钢棒没有磁化。因此防雷装置完全抑制了上行先导，也就100%地阻止了上行雷。改善杆塔上部和雷击先导头部之间的电场分布，阻止了下行雷击于塔顶。线路防雷装置从2地线塔头分别向外延伸数米，相对于原单个地线塔顶而言，杆塔塔头尺寸大大增加，降低了塔顶场强，大大改善了塔顶对下行先导的定向作用。杆塔上部（包括1/3档距避雷线）和雷云先导头部之间形成近似的均匀电场，使得雷云和塔顶的放电难以发生。

对于线路地线塔顶而言，针与最后一级下行先导头部之间的空间电场是棒-板电极，甚至是负板-正棒电极。采用线路防雷装置之后，电晕放电在防雷装置上部形成正的空间电荷，通常先导头部直径为10～20m，因此正空间电荷层与先导头部之间形成一个近似均匀的电场，见图1所示。其空间临界击穿电压有可能提高近10倍，参见图2。

如果是单个地线塔顶，对应某个雷电流i0，最后一级先导与塔顶的距离为临界击穿距离r0，此距离空气击穿产生回闪，即对塔顶落雷。改用防雷装置后，雷电流为i0的“最后”一级先导到达上述临界距离r0时，空气间隙不会击穿，因此不会对杆塔形成回闪。而雷暴总是运动的，例如以30km/h平均速度作直线移动，因此，采用防雷装置之后，下行雷不会落在塔顶上，从而能有效地消灭下行雷。对边导线的保护角为负值，根据电气几何模型理论，有效防止了线路杆塔受到绕击。

3.线路防雷装置应用效果分析

该地区自2005年9月在该线易击杆和易击段安装了线路防雷装置，现已安全运行164个落雷日，这条线路没有发生雷击跳闸。经过1年的试运行后，扩大投运范围。装于地线塔头的线路防雷装置有效降低线路绕击，从而降低线路雷击跳闸率。

五、结束语

输电线路的防雷工作是线路防护工作的重点。本文结合实际案例，对输电线路防雷工作进行从统计学分析，事故原因剖析及防雷具体措施等方面进行那个全面的阐述。统计分析表明，12年中，该220kV线路雷击跳闸率服从N（0.218，0.082）的正态分布。雷击跳闸率落在（0～0.315）区间的概率是87.7%。而线路防雷装置有效降低线路绕击，从而降低线路雷击跳闸率。

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