山区高压输电线路的防雷对策

黄会贤，罗标，曹云轩，石孝文

(重庆市电力公司长寿供电局，重庆市，401220)

0 引言

重庆长寿地区高压输电线路点多面广、幅员辽阔，频繁的雷电活动和独特的地形，使得输电线路雷击跳闸现象较其他地区严重。在2007—2010年，长寿山区35 kV及以上输电线路共发生278次跳闸故障，其中雷击跳闸246次，雷击跳闸占历次线路跳闸总数的88.5％，这说明雷击跳闸是造成长寿山区输电线路故障的主要原因。本文统计了近5年长寿山区35 kV及以上输电线路的雷击跳闸故障，介绍了雷害事故的处理流程，根据理论和现场经验判断了雷害方式，对线路雷击跳闸进行了分析，在总结防雷整治过程中进行了探索研究，并在此基础上提出一些新的防雷观点和思路。

1 长寿山区输电线路的雷击跳闸情况

2007—2010年长寿山区35 kV及以上输电线路共发生雷击跳闸故障246次，具体情况如图1所示。

图1 长寿35 kV及以上输电线路雷击跳闸情况Fig.1 Lightning trip of 35 kV and higher transm ission line in Changshou area

由图1可见，长寿山区35 kV及以上输电线路平均每年雷击跳闸数为61.5次，其中220 kV输电线路为11.75次，110 kV输电线路为36次，35 kV输电线路为13.75次。渝东南地区是长寿山区输电线路防雷的重点区域，并且同一条线路重复遭到雷击，有必要对其进行防雷整治。

2 雷害事故处理流程

长寿供电局雷害事故处理一般流程如图2所示。事故巡视坚持“巡必巡到、巡必巡完”的原则。发生事故跳闸，特别是雷击事故跳闸，必须要巡检到故障点，另外还要巡检整条线路，检查其他杆塔是否有雷击现象［1］。

图2 输电线路雷害事故处理流程Fig.2 Processing flow of lighting accident on transm ission line

为了及时发现故障情况，更好地为调度、检修提供第一手信息，雷害事故巡视结合了变电站保护动作跳闸情况和雷电定位系统，先确定故障相别，再根据杆位明细表确定重点巡视对象；通过线路跳闸时间查看该段线路走廊范围内的落雷情况，回击数较大或雷电流较大的杆塔段作为重点巡视杆塔段。发现故障点后进行登杆透视照相，为雷击跳闸提供现场证据，影响输电运行的线路故障要及时汇报电力调控中心和检修公司运检管理部，进行相应的处理和消缺安排。

3 输电线路雷击跳闸分析

3.1 长寿山区雷电活动情况

长寿山区雷电活动频繁，据雷电定位系统统计，2009年长寿地区的雷电总数为4 108个，若考虑渝东南地区则雷电总数达到36 753个；2010年长寿地区的雷电总数为5 628个，若考虑渝东南地区则雷电总数达到37 018个。因此有必要对长寿地区雷电活动规律进行探索，一般采取的方法是以雷电定位系统数据为主，气象观测数据为辅，进行基础数据积累。

2007—2010年长寿山区35 kV及以上输电线路不同月份的雷击跳闸情况如图3所示，调查统计结果显示，雷击跳闸主要集中发生在4～5、7～8月，这几个月份是重庆的雷雨季节，极端性的气候以及强对流天气极易形成雷暴。

3.2 雷害方式的判定

图3 长寿35 kV及以上输电线路 不同月份的雷击跳闸情况Fig.3 Lightning trip statistics of 35 kV and higher transm ission line in Changshou area in differentmonths

一般来说，可以根据表1来判别和分析反击、绕击故障。反击和绕击电流的贯穿特点不同，一般反击可以在塔头部分(地线或地线横担上)找到接地点，而绕击只能在绝缘子接地端部分找到绕击点。每次雷害事故都要安排事故巡视，进行登杆透视雷击故障点情况，并做好详细的记录、保存图片资料，从而提供现场判据。

表1 雷害方式判断表Tab.1 transm ission line lighting damagem ode

3.3 感应过电压的分析计算

研究表明：35 kV及以下架空线路由雷击引起的线路闪络或故障的主要原因不是直击雷过电压而是感应雷过电压，感应雷过电压导致的故障超过90％［2］。因此，分析计算感应过电压对电力线路的绝缘设计、防雷保护整治有着重要意义。

当雷击点与线路的水平距离大于65 m时，雷击线路附近导线上产生的感应雷过电压幅值为

式中Ui为感应雷过电压幅值；：I为雷电流幅值；hc为导线悬挂的平均高度，m；S为雷击点与线路水平距离。

3.4 地质条件的影响

雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压输电线路经过的地形、地貌和地质条件有关［3-4］。山区高压输电线路的绕击率约为平地高压输电线路的3倍，在山区设计输电线路时不可避免地会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节；一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其他线路更容易遭受雷击。

长寿地区地质结构复杂，以山地、高山为主，渝东南地区输电线路大部分架设在山岭中，多为岩石、页岩、沙石等地质，土壤电阻率较高。根据运行经验及故障统计数据表明，耸立在山岭间的铁塔更容易遭受雷击，有坡度地形下的杆塔保护角屏蔽失效区较大，更容易发生雷电绕击现象。

4 山区电网输电线路的防雷整治

4.1 几种常用的防雷措施

降低线路雷击跳闸率的主要手段，有整治接地网、减小地线保护角、加装特种避雷针或避雷器、提高线路耐雷水平、降低杆塔高度、架设耦合地线等［5-7］。

(1)加强高压送电线路的绝缘水平。高压输电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比，加强零值绝缘子的检测，保证高压输电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要手段。

(2)降低杆塔的接地电阻。高压输电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压输电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。

(3)架设耦合地线。耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大，并使流经杆塔的雷电流向两侧分流，从而提高高压输电线路的耐雷水平。

(4)适当运用高压输电线路避雷器［8-11］。避雷器安装在导线与横担之间，当过电压达到避雷器的动作电压时，避雷器立即动作泄流，从而限制了过电压幅值。根据实际运行经验，在雷击跳闸较频繁的高压输电线路上选择性安装避雷器可以达到较好的避雷效果。目前在长寿地区已使用一定数量的高压输电线路避雷器，运行情况较好，但由于装设避雷器投资较大，设计中只能根据情况少量使用。

依据雷害方式的判断结果和对主要防雷措施进行的分析对比，并充分考虑长寿地区输电线路的重要性(不适合大规模地改变铁塔本体设施)，兼顾经济适用，对运行线路防雷整治一般采用接地网改造、适当选择加装避雷器以及选择一些非常规防雷装置，即在塔头部分加装可控放电避雷针或在地线上安装防绕击避雷针。

4.2 防雷整治观念的改进与应用

在线路防雷整治的实践过程中，合理安排线路防雷的整治次序、全盘考虑、规范防雷措施，能有效地降低输电的雷击跳闸率。

在管辖区域内若有多条需整治的线路，必须确定防雷重点线路的整治次序，具体的选排流程如图4所示。

图4 线路防雷整治次序的确定Fig.4 Regulation order for line lightning protection

输电线路防雷是一项长期性的工作，应采取集约化、规范化的方式进行各种防雷措施的技术经济对比，开展防雷典型性设计方案的研究，从而降低成本提高效益。

(1)集中治理，重点突出。雷电活动具有随机特性，因此将整改范围扩大分散至几条线路不如集中精力先整治好1条线路。

(2)全盘考虑。如果进行防雷整治时，在易遭雷击的杆塔加装避雷器而没有注意整改杆塔的接地情况，将导致防雷效果不明显。在塔头装设非常规防雷装置的目的是将雷电的绕击转化为反击，这样就对杆塔的接地电阻提出了更高要求。因此，防雷改造要全盘考虑、综合完善，采取塔头防雷装置与杆塔接地模块同时实施的方法来改善雷击跳闸水平。

(3)狠抓源头。从实际运行经验来看，线路绝缘水平高、避雷线保护角小、接地电阻小的线路杆塔雷击跳闸现象明显较少，因此运行单位在提高运行线路防雷水平的同时，应提高新建线路的设计要求并充分参与设计，尽可能从设计源头上降低线路的雷击跳闸率。

(4)精心维护。根据雷电活动规律，在进入雷电活跃期之前进行防雷装置的检查和杆上引下线的维护，在带板圆钢与铁塔连接处或铁夹板涂抹导电膏，整治不合格的接地网，精心维护输电线路，有效减少雷害事故。

5 结语

(1)山区输电线路防雷研究和治理是一个长期积累的过程，需要做好各类数据统计归纳等基础性工作，逐步探索和掌握客观规律。

(2)对于雷电活动频繁的地区，在进行线路防雷整治时，应根据线路雷击技术统计、线路重要程度和已有防雷水平等信息，合理确定线路段的整治次序，提高防雷整治的整体效果。

(3)进行线路防雷整治是一项长期性工作，应集中治理、全盘考虑、狠抓源头、精心维护。

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