输电线路雷击跳闸分析和防雷措施

毛杰

【摘 要】本文分析了雷电现象、雷电过电压及跳闸原因，并提出了一些防雷保护措施，提高架空输电线路的耐雷水平。

【关键词】输电线路；跳闸；防雷

【Abstract】This paper introduced in detail the frequent lightning and over-voltage， proposed the lightning protection improvement measures through the cause analysis in order to improve the lightning protection capability of lines.

【Key words】Transmission line； Lightning trip-outs； Lightning protection

1 关于雷击现象的概述

雷电是在空气中进行的一种宏伟的放电现象，雷电放电是由带电荷的雷云引起的。大多数雷电放电发生在雷云之间，它对地面没有什么直接影响。

2 线路雷击过电压种类

可能在输电线路上产生跳闸原因的雷电过电压主要有以下几种：

1）雷电感应过电压。雷击于输电线路附近的地面时，可在导线上感应产生过电压，称为雷电感应过电压。感应过电压只会危害电压等级较低（如35kV以下）的输电线路。感应过电压的出现极为普遍，只要雷击线路附近的地面时，便会在架空线路的三相导线上出现感应过电压。此时的感应过电压的幅值一般不会超过300～400kV，因此不会引起导线闪络。

2）直击雷过电压。就是雷电直接击中线路引起直击雷过电压。直击雷过电压要比感应过电压的幅值大得多，因此对于线路防雷来说，主要是防直击雷。直击雷过电压又可分为反击雷过电压和绕击雷过电压两种：

（1）反击雷过电压。雷击于输电线路的杆塔或避雷线时，在杆塔的塔顶和横担上形成很高的电位，相应地在线路绝缘子串两端（即导线和横担之间）产生较高的电位差，造成雷击的线路跳闸故障。

（2）绕击雷过电压。当雷电绕过避雷线，即避雷线保护失效，直接击在导线上，由此造成的雷击线路跳闸故障。

3 线路雷击跳闸分析

3.1 线路雷击跳闸率的计算

以雷击有避雷线线路的跳闸为例。在下列情况下，线路将要跳闸： （1）雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧；（2）雷绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧。运行经验证明，雷击避雷线的档距中间且与导线发生闪络引起跳闸的情况是极罕见的，可不予考虑。雷绕击导线时，耐雷水平I2可由下式求出，有避雷线线路的跳闸率可按下式计算：N=NLη（gP1+PαP2）

式中：N为跳闸率，次/（100km.a）；η为建弧率；g为击杆率；P1为超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；P2为超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率；Pa为绕击率（包括平原和山区）。击杆率g与避雷线根数和地形有关，一般可采用表1所列数据。

3.2 线路反击雷分析

3.3 线路绕击雷分析

根据高压线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕过避雷线直击导线的概率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及线路经过的地形、地貌和地质条件有关。平原和山区线路的绕击率与保护角和杆塔高度的关系曲线见图1， 图中的绕击率曲线也可用下式表示：

根据式（4）可以推算出山区的绕击率在5%左右，但山区线路的绕击率约为平地线路的3倍，山区线路不可避免会出现大跨越尧大高差档距，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它线路更容易遭受雷击。

4 输电线路防雷设计措施

4.1 加强输电线路的绝缘水平

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔（如：跨河、跨海杆塔），这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。

4.2 降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻，来达到减小雷击杆塔时的电位升高，这是配合架设避雷线所采取的一项有效措施。采取增加地埋接地体数量并进行深埋的措施，使沙地的杆塔接地电阻值达到了设计要求，对位于雷电活动区内的岩石基础上的接地体不满足设计标准情况和对于高电阻地区，还可以使用长效化学降阻剂，来达到降低接电电阻的目的。

4.3 增设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一条地线。它的作用主要有以下方面：（1）加强避雷线与导线间的耦合，使线路绝缘上的过电压降低；（2）增加了对雷电流的分流作用。运行经验表明，耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山区的输电线路其效果更为明显。

4.4 线路避雷器

线路避雷器的主要作用是雷击线路时，当雷电流达到一定幅值，避雷器就会动作，大部分雷电流从避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。这种分流的耦合作用使导线电位提高，避免绝缘子发生雷击闪络。而在正常的情况下，避雷器恢复到正常的工作状态，从而提高系统的可靠性。线路避雷器主要应用于位于山区、海边等空旷易击点杆塔。在雷击跳闸比较频繁的易击点安装线路型避雷器，降低雷电易击点雷击跳闸次数的效果比较明显，有效降低线路故障巡视及维修工作量。线路避雷器有2种类型，即带串联间隙和无串联间隙，因运行方式不同和电站避雷器相比在结构设计上也有所区别。线路避雷器安装时应注意：（1）选择多雷区且易遭雷击的输电线路杆塔，最好在两侧相临杆塔上同时安装；（2）垂直排列的线路可只装上下2相；（3）安装时尽量不使避雷器受力，并注意保持足够的安全距离；（4）避雷器应顺杆塔单独敷设接地线，其截面不小于25 mm2，尽量减小接地电阻的影响。投运后进行必要的维护：（1）结合停电定期测量绝缘电阻，历年结果不应明显变化；（2）检查并记录计数器的动作情况；（3）对其紧固件进行拧紧，防止松动；（4）5 a拆回，进行1次直流1 mA及 75%参考电压下泄漏电流测量。安装线路避雷器防止线路雷害故障有较好的效果。

4.5 装设自动重合闸

雷击故障约90%以上是瞬时故障，所以应在变电站（所）装设自动重合闸装置，以便及时恢复送电。据统计，我国110kV及以上的高压线路重合闸成功率达57～95%，35kV及以下线路为50～80%。因此按规程要求“各级电压线路应尽量装设三相或单相重合闸”。同时明确强调“高土壤电阻率地区的送电线路必须装设自动重合闸装置”。装设自动重合闸装置是防雷保护的有效措施之一。

当然，任何防雷的方法都会有普遍适应性和个体特殊性，在线路防雷中运用什么样的方法，不可强行照搬，还须因地制宜，综合防治，要根据实际情况选用最恰当的方法。

5 结论

高压输电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压输电线路各种防雷措施都有针对性，因此，在进行高压输电线路设计时，我们选择防雷方式首先要明确高压输电线路遭受雷击跳闸原因，结合原有输电线路运行经验以及系统运行方式等，通过比较选取合理的防雷设计，提高输电线路的耐雷水平，来达到架空输电线路的安全稳定运行。

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[责任编辑：曹明明]