皖北地区500 kV输电线路雷击故障分析与防治

方登洲，甘正功，王 兵

蚌埠供电公司输电运检工区，安徽蚌埠，233000

安徽省“皖电东送”东通道8条500 kV线路主要位于皖北地区，是安徽省政府实施“皖电东送”能源战略的重要组成部分，时刻向华东地区输送近100万kW电力负荷。输电线路故障跳闸直接影响电能的输送，也严重影响电网运行的稳定性，因此，对500 kV输电线路跳闸故障进行总结和分析，并提出有针对性的防治措施是很有必要的。

1 雷击跳闸统计分析

1.1 雷击跳闸情况统计

皖北地区500 kV线路自投运以来，先后共发生各类故障跳闸8次，具体情况见表1。

表1 皖北地区500 kV输电线路故障跳闸情况统计

从跳闸次数分析：雷击跳闸6次，占跳闸总数比例高达75%，是线路故障的最主要原因。皖北地区500 kV输电线路雷击故障统计见表2。

表2 皖北地区500 kV输电线路雷击故障统计

1.2 雷击跳闸特点分析

综合分析上述雷击跳闸情况，皖北地区500 kV输电线路雷击具有以下几个特点。

(1)雷击跳闸时间相对集中。线路雷击跳闸均发生在7～9月，以7、8两月居多，占雷击跳闸总数的83%，这与该时期雷电活动比较强烈有关。根据统计，跳闸均发生在傍晚至夜间时段(17～23时)，可以看出这一时间段是雷电的多发时间，这和皖北地区降雨的时间规律有关。

(2)该区域内雷击跳闸主要集中在直线杆塔，占83%，耐张杆塔雷击跳闸仅发生1次，占17%，直线杆塔遭受雷击在上相，说明落雷点位置一般偏高，而耐张转角塔中相跳线保护角相对较大，也是雷击多发位置。

(3)500 kV濉会5340/禹溪5341线路途径全部为平原，故雷击跳闸均发生在平原地区；500 kV禹清5342/会清5343线路途径19%山地，在山地发生雷击跳闸却占67%，充分说明山区杆塔遭雷击比例较高。

雷电绕过避雷线直击导线的概率与避雷线对导线的保护角、杆塔高度等条件有关[1]，利用公式(a)、(b)计算平原和山区线路的绕击率：

输电线路为平原线路：

(a)

输电线路为山区线路：

(b)

式(a)及式(b)中,α为保护角，ht为杆塔高度。

山区线路的绕击率约为平地线路的3倍，或相当于保护角增大8°的情况。

(4)重合成功率高。线路雷击单相跳闸后，一般均能重合成功。6次雷击跳闸中只有1次由于雷电连续击中线路造成重合复跳。

2 雷击跳闸原因分析

2.1 接地电阻分析

杆塔接地电阻值超标，会造成输电线路反击耐雷水平降低，在雷击避雷线或塔顶时，如果雷电冲击电流较大，在其流过较高阻值的接地体时，就会造成塔顶电位升高，反击使输电线路跳闸[2]。

从表2可以看出，发生雷击跳闸的杆塔实测接地电阻都小于标准阻值，输电线路的反击耐雷水平并没有降低，所以这6次500 kV雷击跳闸都不是接地电阻超标所致。

2.2 雷电流大小分析

接地电阻合格，但由于雷电流过大，超过了线路设计的反击耐雷水平，此时,若雷击避雷线或塔顶，则发生反击造成线路跳闸。

通过雷电定位系统查得几次雷击故障时的雷电流均在100 kA以下，按照中华人民共和国电力工业部DL/T620-1997标准交流电气装置的过电压保护和绝缘配合可知，500 kV输电线路在一般土壤电阻率地区，耐雷水平在125～175 kA，所以皖北地区的这6次500 kV雷击跳闸都不属于这种情况。

如果雷电流很大，可利用公式(c)进行概率估算：

lgP=-Im/88

(c)

式中，Im为雷电流幅值，P为当地超过雷电流幅值Im的概率。

经计算，发生125～175 kA这么大强度雷击的概率仅为1%～3.8%。

2.3 雷电绕击分析

雷电绕击率与杆塔高度、避雷线保护角及杆塔地面坡度呈递增函数关系。同塔双回线路由于铁塔较高，地面屏蔽效果减弱，绕击率比常规线路高。

塔高增加时，地面的屏蔽效应减弱，绕击区域变大，同时电感增大，雷电流流过杆塔时产生的电压幅值增高；避雷线保护角与绕击区成正比，保护角越大，形成的绕击区越大，从而使绕击次数增加；随着地面坡度的增大，导线的暴露弧段也将增大，绕击率增加。按照公式(d)计算线路绕击的耐雷水平：

I2=U50%/100

(d)

式中，U50%为绝缘子的50%放电电压。

500 kV输电线路的绕击耐雷水平一般为20～30 kA，只要电流幅值一般的雷绕击到导线上就会造成线路跳闸，所以防止雷电绕击是线路防雷工作的重点。

3 雷击跳闸的防范措施

3.1 降低杆塔接地电阻值

通过上述分析，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、减少雷击跳闸的有效措施之一[3]。

3.1.1 接地电阻超标的主要原因

(1)接地体腐蚀。在山区酸性土壤或风化后的土壤中容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀，由于接地体埋深不够或用砂石回填，土壤中含氧量高，也容易发生吸氧腐蚀。腐蚀部位通常在接地引下线与水平接地体连接处，有时甚至发生断裂。

(2)接地体外露。在山地或山坡区域，因雨水冲刷导致水土流失而使接地体外露，失去与大地的良好接触。

(3)降阻剂因素。在施工时，使用的化学降阻剂或性能不稳定的降阻剂，随着时间的推移，降阻成分逐渐流失或失效。而且，化学降阻剂的使用在一定程度上也会加速接地体腐蚀。

(4)外力破坏。杆塔接地引下线或接地体被盗或遭农耕等外力破坏。

3.1.2 降低接地电阻的有效措施

(1)开展接地电阻测量，对线路中检测出的接地电阻不合格的杆塔接地电阻进行重新测试，并测试相关土壤的电阻率。

(2)对测量出的接地电阻不合格的杆塔接地射线进行开挖检查，必要时重新敷设或延长接地射线并进行焊接，如图1所示。

(3)对检查中发现已断开或无接地引下线的杆

图1 接地电阻不合格杆塔接地射线重新敷设

塔接地装置进行焊接，如图2所示。

图2 对断开的接地引下线进行焊接

3.2 加装避雷针

加装避雷针是一种利用其较强的引雷能力，减小导线遭受雷击的概率，降低线路绕击跳闸率的防雷技术。研究表明，在架空地线上合理装设防绕击避雷针，可有效地增强其屏蔽性能和引雷作用，增加避雷线的保护范围而达到降低绕击率。

3.3 安装避雷器

在线路上安装线路避雷器装置，将其与线路绝缘子串并联，提高安装处线路的绕击和反击耐雷水平，并有效地保护绝缘子不闪络，从而降低雷击跳闸率。

图3 皖北地区500 kV线路安装的避雷器

线路避雷器作为防雷新技术已经在皖北地区500 kV线路开始应用，如图3所示，安装区段也取得了比较好的防雷效果。但线路避雷器保护范围小，通常只能保护该杆塔两侧一个档距。若在线路上安装数量较多的避雷器，总价相对较高，经济性差。因此，要进行技术经济比较，经济、合理、有效地安装线路避雷器。

3.4 调整地线放电间隙

皖北地区500 kV线路部分杆塔架空地线采用了防雷保护间隙，但随着运行时间推移，陆续出现放电间隙圆钢位移、放电间隙增大甚至圆钢脱落等现象，如图4所示。在架空地线遭受雷击时，势必影响雷电流通过杆塔导入大地。因此，对地线放电间隙圆钢位移等情况进行定期检查、调整是十分必要的。

图4 500 kV线路架空地线放电间隙圆钢位移

3.5 其他防雷措施

线路防雷还可以通过减小避雷线保护角、架设耦合地线、增加绝缘水平等方式进行。加强对劣质绝缘子的检测尤其是瓷质绝缘子，及时更换零、低值绝缘子和玻璃自爆绝缘子；同时，充分提高雷电流定位系统的运行水平，结合水系、地质地形地貌以及运行经验等，绘制或修订输电线路雷害分布图，开展差异化防雷工作。

4 结 语

输电线路防雷，应根据不同区域雷电活动的特点，综合分析雷击故障的原因，然后采取相应的措施。由于雷电活动的特殊性，要从根本上杜绝线路雷击跳闸的发生，是非常困难的，但雷电活动也有一定的规律性，只要掌握这些规律，采取有效的治理措施，一定可以减少雷击闪络故障的发生，从而降低线路的雷击跳闸率，有效保障电网安全运行的可靠性。

参考文献：

[1]陈新，刘慧威.山西省超高压输电线路防雷分析与治理[J].山西电力，2012(3)：4-6

[2]王剑.超高压电网输电线路防雷特性分析[J].华北电力技术，2008(10)：11-13

[3]孟凡成.架空输电线路防雷措施分析[J].上海电力，2011(6)：518-520