500kV高压输电线路的雷击故障分析及其防治

董 秦

（阳城国际发电有限责任公司，山西 阳城 048102）

1 输电线路雷击跳闸事故的原因分析

1.1 自然因素

雷电活动有很强的气候特征和区域特点。近年来，由于气候恶化等自然原因也造成雷电活动的增加，据数据显示：我国雷电自然灾害在近十几年中有不断上涨的迹象，其中2002年和2006年增长比较明显，高达4881次和6161次之多。而一些降雨多发地区以及山区、峡谷等典型地域气流活动更加剧烈，落雷的概率也随之增加。

1.2 避雷线的保护角

在防雷措施中架设避雷线是高压输电线路最有效的方法。避雷线的保护角的大小与防雷效果有着密切的联系。跳闸率随着保护角的增大而增加，绕击率则随着保护角的减小而降低。当保护角降低到一定程度时甚至可以起到屏蔽作用,保护导线不受到绕击。因此避雷线的保护角设置不合理是造成雷击故障的原因之一。

1.3 线路的绝缘水平

根据相关部门的统计结果，早期投入运行的线路在投运的初期有着很好的防雷效果，但是由于各种原因，运行若干年后，当初的设计方案已经无法抵御如今的雷电袭击，而且由于长期遭受风吹、日晒、沙尘等恶劣自然条件的影响，绝缘能力逐渐下降，由于没有及时有效的维护，随着接地体通流能力的下降，将导致跳闸率明显增加。

1.4 杆塔接地电阻

杆塔接地电阻值的大小决定了将雷电传导至大地的能力，阻值越小，传导能力越强。如果阻值过大，雷击时大量的电荷无法快速释放将抬高塔头电位，有可能造成绝缘击穿，提高了断路器跳闸的概率。

一般情况下，在经过各种措施进行降阻处理后，接地体的阻值在短期时间内基本符合要求，但是随着降阻剂的流失以及腐蚀等原因，接地电阻的阻值逐渐上升。如果没有定期的对线路接地体和引下线进行腐蚀情况检查，加之测试接地电阻时的测量误差等情况，将导致线路的接地电阻无法满足防雷要求。遭受雷击时就容易发生跳闸事故。

2 线路耐雷水平影响因素的研究

2.1 影响反击耐雷水平的因素分析

影响反击耐雷水平的因素主要包括杆塔高度、接地电阻、绝缘子片数等。

杆塔高度是决定输电线路反击耐雷水平的一个重要因素，随着杆塔高度的增加其落雷的概率将增加，原因主要有两个：（1）引雷面积跟塔高正相关；（2）塔顶被雷击中时，雷电波在杆塔中正向传播的时间与反向返回的时间都与杆塔的长度正相关，塔头及横担电位由此上升，引起发生反击的可能性增加。

接地电阻值的大小决定了传导雷电的能力。以DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中500 kV典型酒杯塔的塔形尺寸和绝缘子串的50%雷电冲击绝缘水平试验数据如表1所示[3]：

表1 杆塔接地电阻与耐雷水平的关系

由表1可以看出高压线路的耐雷水平随着杆塔接地电阻的增加而发生明显的降低。

绝缘子片数决定了绝缘子串两端的闪络电压，因此，绝缘子片数与高压线路的耐雷水平密切相关。选择输电线路的绝缘子片数时主要考虑工作电压的影响，按污秽条件选择绝缘子片数后，再按操作过电压进行校验。一般绝缘子的绝缘强度不按大气过电压的要求来选择，而是根据已选定的绝缘水平对线路的耐雷性能进行估计，仅在个别高塔、大跨越和需要提高耐雷水平的场合才考虑适当增加绝缘子的片数[4]。

2.2 影响绕击耐雷水平的因素分析

影响绕击耐雷水平的因素主要有杆塔高度、地面倾角、绝缘水平、绝缘配置方式、击距公式及风摆角等。

杆塔的高度不同其绕击跳闸率也不同。因为杆塔的结构、排列方式以及几何参数决定了屏蔽弧和暴露弧的范围和位置。通过对杆塔结构进行优化可以减小线路的暴露弧范围，增强线路的的防绕击能力。

有研究显示：当地面倾角在时，绕击跳闸率与地面倾角的变化为正相关。高于时，绕击跳闸率与地面倾角的变化为负相关。所以在地面倾角增大到之前，跳闸率随着角度的增大而增大。当大于时，跳闸率则随着角度的增大而减小。

绝缘子的片数对高压输电线路的绕击耐雷水平也有着直接的影响，输电线路的防雷能力随着绝缘子片数的增加而加强。故根据输电线路所处的地域特征、气候特征等进行合理的配置，可以提高其绕击耐雷水平。

对双回线路的A、B、C三相采取不平衡绝缘配置方式 （对容易遭受绕击的中相导线多悬挂一片绝缘子）与采取平衡配置方式相比，绕击跳闸率有显著的降低。因此，在线路的实际运行时采用不平衡绝缘配置方式，可以提高线路的抗绕击能力。

击距公式有很多，目前常用的击距公式及其绕击跳闸率如表2所示：

表2 击距公式及其绕击跳闸率

由表2可以看出，击距公式不同，绕击跳闸率也有明显的不同。至于哪种击距公式的计算结果更符合实际情况还没有定论。需要对现有的模型进行不断的修正和完善才能找到更接近真实绕击闪络机理的模型和表达式。

当风速较小时对耐雷性能的影响较小，可以忽略。而当风速较大时，风摆角增大，对输电线路的绕击跳闸率有着明显的影响。雷雨天气时，常常伴随着大风所以风速的影响更不容忽视。特别是对于跨山谷和沿山顶的线路，其所处环境的风速一般都比较大，风速的影响更应该引起重视。

3 高压输电线路雷击跳闸的防范措施

3.1 架设避雷针

实践表明，安装可控放电避雷针及防绕击避雷针是防雷的主要措施之一。安装这些装置可以有效提高输电线路的防雷能力，切实降低线路的雷击跳闸率。避雷针的安装可以增大塔头附近导线、地线的耦合系数,减小作用在绝缘子串上的电压,起到提高耐雷水平的作用。防绕击避雷针的设计，除了最大限度地满足防雷击的电气特性以外，安装于架空线路时还应该考虑到其所必需的各项机械性能。满足防雷击的电气特性是指降低绕击率。安装于架空电力线路所需的机械性能是指其应具备足够的握力、通流能力、抗振动疲劳的能力和抗不均匀覆冰扭转的能力[6]。同时其频率特性及线夹出口振动角也应该符合有关标准的要求。

3.2 减小避雷线的保护角

为已经运行的输电线路装设防绕击避雷针，使金属侧针水平方向从避雷线挂点向外伸以减小塔头附近的保护角，从而增大保护范围。依据塔形的特点，将安装防雷侧针后的保护角设定全部小于，部分塔形甚至是负角。发生雷击时，避雷针的接闪作用明显，能够将较大的雷电流引向避雷针，从而降低绕击发生的概率。

3.3 增加线路的绝缘水平

输电线路的防雷击跳闸能力与线路的绝缘能力正相关。合理有效地对绝缘配置进行调整，并采取相关措施提高输电线路的绝缘能力将能有效的降低雷击跳闸事故。

3.4 降低杆塔的接地电阻

通过对腐蚀严重，检测不合格的杆塔接地网进行更换改造，采取科学有效的降阻措施，可以降低杆塔的接地电阻，提高输电线路的耐雷水平，减少因接地电阻超标而引起的雷电反击跳闸次数。

4 结论

本文对500kV输电线路的雷击故障进行了分析，分析了影响耐雷水平的各种因素并提出了一些防治措施。基于以上工作得出了以下结论：

4.1 输电线路雷击跳闸事故的原因包括气候、地形、地貌等自然原因以及避雷线的保护角过大，线路的绝缘水平下降，杆塔接地电阻不符合标准等其他因素。

4.2 影响输电线路耐雷水平的因素包括杆塔几何尺寸、接地体阻值大小、绝缘水平、绝缘配置方式、地面倾角、风摆角以及分析耐雷水平的方法等。

4.3 通过架设避雷针、减小避雷线的保护角、增加线路的绝缘水平以及降低杆塔的绝缘水平可以有效地防范输电线路的雷击跳闸事故。

［1］杨泽明.南方电网500kV交流输电线路防雷策略及外绝缘合理配置方案研[J].南方电网技术，2009（6）.

［2］陈家宏.输电线路差异化防雷技术与策略[J].高电压技术，2009（12）.

［3］马钊.500kV输电线路雷击跳闸原因分析及防范措施[J].河北电力技术，2010（29）.

［4］赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京:中国电力出版社,2004.

［5］杨翠萍,司马文霞.重庆地区自渝 500kV输电线路的防雷性能[J].重庆大学学报,2001,24(5):98-102.

［6］国网电力科学研究院.输电线路综合防雷措施的研究[R].武汉:国网电力科学研究院,2006.

［7］覃华，黄文京，朱普轩.500kV紧凑型输电线路防雷性能研究[J].南方电网技术，2009,3(5)：89-93.

［8］莫付江，陈允平，阮江军.输电线路杆塔模型与防雷性能计算研究[J].电网技术，2004，28(21)：80-84.