山区典型酒杯塔防雷措施研究

张偶

【摘要】针对山区典型酒杯塔，计算了典型塔型的雷击跳闸率，分析了影响雷击跳闸率的因素；提出了一系列的防雷保护措施方案。

【关键词】酒杯塔；防雷措施

1、目的和意义

输电线路地处旷野，纵横交错，绵延数千里，很容易遭受雷击。到目前为止，雷击仍是造成线路跳闸停电事故的主要原因。输电线路雷害事故引起的跳闸，不但影响电力系统的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且雷电波还会沿线路侵入变电站。

据统计，瑞典由于雷击而引起的事故占所有事故的51%；日本50%以上的电力系统事故是由于雷击输电线路引起的；国际大电网会议公布的美国等12个国家的电压为275～500KV，总长3.27万KM输电线路连续3年运行资料中指出，雷害事故占总事故的60%，我国线路跳闸70%～80%也是由雷击引起的。

由此可见，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的關键。做好输电线路的防雷设计工作，不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性，还使变电站、发电厂安全运行得到保障。

2、线路雷击跳闸率

2.1 雷击跳闸率计算条件

2.1.1 沿线设计条件

对应地闪密度分别为5～7.98次/（KM2·A）和2.78～5次/（KM2·A）。

2.1-2 不同电压等级与雷击跳闸率要求值（TD=40）

由上表，我国交流220KV高压输电线路年雷暴日在40天/年时雷击跳闸率的运行值是0.315 次/100KM.A。

2.2 绕击跳闸率

在绕击计算中考虑了雷电先导和垂直大地平面成一定入射角的情况。计算中雷电绕击线路的雷电流幅值概率密度曲线采用《IEEE GUIDE FOR IMPROVING THE LIGHTNING PERFORMANCE OF TRANSMISSION LINES》（IEEE STANDARDS BOARD 1243-1997）中推荐的概率密度曲线，见下式。

3、影响耐雷性能的因素

根据上述计算分析，影响耐雷性能的因素如下：

3.1 地线保护角的设计

《规程》规定，对与单回路，330KV及以下线路的保护角不宜大于15°。

以国网典型直线酒杯塔为例，计算不同保护角下绕击率，结果见表3.1-1。

由上述计算可知，随着地线保护角的减小，绕击耐雷性能越好，故在线路设计中，为保证良好的绕击耐雷性能，地线保护角应尽量小，高地闪密度地区建议采用负保护角。

3.2 绕击率与杆塔高度的关系

由于杆塔高度的不同，导线对地高度也不同。下表为地线保护角15°时，不同呼高杆塔的绕击跳闸率。

计算表明，杆塔高度减小时，绕击跳闸率也减小。因此对杆塔进行优化，降低杆塔高度，可以提高线路耐雷水平。

3.3 地面倾角对绕击率的影响

按照电气几何模型，在地面倾角发生变化时，地线对导线的保护角度也发生变化，从而导致其保护范围变化。

从上述计算可以看出，当地面倾角较小时，大地对导线保护作用较强，绕击跳闸率很小；当地面倾角较大时，由于地面的引雷能力减弱，导致绕击跳闸率明显增大。

3.4 接地电阻的影响

送电线路的杆塔接地电阻直接影响到雷电电流的入地泄流，接地电阻增大时，其反击率同时增大。对于土壤电阻率较高的山区，可以采用新型降阻措施进一步降低接地电阻。

3.5 线路绝缘的影响

接地电阻较高时，通过适当增加绝缘子片数（在绝缘子串上再增加1-2片绝缘子），可以提高线路绝缘水平和耐雷水平，从而降低反击跳闸率。当接地电阻为30Ω时，每片绝缘子可使反击跳闸率降低0.1次/100KM·A左右。

3.2 防雷保护措施

通过对影响线路防雷影响因素的分析，提高耐雷性能的方法如下：

3.2.1 架设避雷线，部分区域架设耦合线

3.2.2 地面倾角大的区域采用下字型塔

运行经验表明，沿山坡走线的架空线路，发生雷击故障的基本位于下山坡侧导线。

故线路定位时，应尽量避免顺延山脊或陡峭坡地行进的情况，在无法避开时，应尽量将杆塔布置于高山或山脊的一侧，并使杆塔的最高点不超过山脉或山脊的最高位置。

同时为减少该类塔的绕击跳闸率，设计了下字型塔。下子塔以同塔双回塔为原型，去掉下层横担和上坡侧中横担设计而成，

3.2.3 降低接地电阻

降低杆塔的接地电阻是减少雷击反击故障最有效的方法之一。在线路防雷改造中，尽量降低杆塔的接地电阻值，从而限制杆塔地电位升高，提高线路耐雷水平。为了减少高压输电线路的雷击跳闸率，必须对接地电阻偏大的杆塔接地进行技术改造。

3.2.4 适当加强线路绝缘

当改善接地电阻有困难时，通过适当增加绝缘子片数（在绝缘子串上再增加1-2片绝缘子），可以提高线路绝缘水平和耐雷水平。

当接地电阻较低时，由于线路本身耐雷水平较高，增加绝缘子对反击率的改善效果并不明显。只有在接地电阻较高的情况下，增加绝缘子片数才可以有效降低线路的反击跳闸率。

例如，当接地电阻为30Ω时，每片绝缘子可使反击跳闸率降低0.1次/100KM·A左右。对已建成投运的线路，在满足线路正常运行和内过电压要求的前提下，只能在有限的范围内加强绝缘，这种方法采用不多，只是在高海拔地区和雷电活动强烈地段，可以考虑适当加强绝缘。

3.2.5 装设线路避雷器

为减少线路的雷击事故，提高供电可靠性，在线路上安装避雷器来减少线路的雷击事故也是重要的防雷措施之一，如图3.2-2所示。线路避雷器安装在绝缘子串两端，与绝缘子串并联。正常运行时，避雷器处于高阻态，泄漏电流很小；当绝缘子串两端过电压超过避雷器动作电压时，避雷器动作，将绝缘子串两端电压限制在残压水平上，从而使绝缘子串免于发生闪络；过电压消失后，避雷器又恢复高阻态，切断工频电流，从而避免跳闸。

结 言

从目前运行情况看， 在国内外雷击仍然是输电线路的主要危害，山区线路是雷击故障的频发区域，本文主要计算及总结了典型山地情况杆塔雷击跳闸率的一些影响因素，提出了一些常规提高杆塔耐雷水平的措施和方案。

参考文献：

[1]东北电力设计院，电力工程高压送电线路设计手册，第二版

[2]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计500（ 330） kV 输电线路分册（ 2011 年版）[M].北京： 中国电力出版社，2011.

[3]葛栋 焦飞 等 输电线路避雷器的应用及其安装方案. 华北电力技术. No8.2009