交流35kV输电线路反击耐雷性能研究

吴晗晋

摘要：雷击对电线线路有很大的影响，35kV线路大多采用中性点不接地的方式运行，而且没有架设避雷线，因此其耐雷特性不是很高，在使用过程中很容易出现安全隐患。文章对交流35kV输电线路反击耐雷性能进行了研究。

关键词：交流电路；35kV输电线路；防雷措施；耐雷性能；雷击；停电事故 文献标识码：A

中图分类号：TM721 文章编号：1009-2374（2016）13-0136-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.065

雷击是一种很常见的自然灾害，对于电线线路有很大的影响。当电线线路遇到雷击的时候，很容易造成线路跳闸停电事故，当雷电击到输电线路的时候，会沿着输电线路的传播，进而进入到变电所中，成为危害变电所运营安全的一个重要原因。因此，在线路架设以及保护的过程中应该重视输电电路的雷击防护问题。当前对110kV以上输电线路进行了很多研究，对于35kV的研究则相对少一些。但是在我国的很多线路中，采用的都是35kV输电线路和中性点不接地的运行方式，而且没有架设避雷线，在使用过程中很容易出现安全隐患。

1 35kV输电线路反击耐雷特性计算方法

1.1 反击耐雷水平的计算

在我国很多35kV的输电线路中，Z型塔比较常见，如图1所示：

如图1所示，对于我们日常生活中比较常见的Z型塔，一旦出现雷电现象时，一般都会首先击中杆塔的顶部，当雷电流达到了一定的数值，就会使得图1中的A相绝缘子出现闪络的情况，然后紧接着B相线路也会出现闪絡现象，因为A相导线出现闪络现象之后会产生分流的作用，因此可以将其看作是避雷线。

如图2所示的等值电路可以计算出杆塔的电位大小，其中各个参数代表的含义不相同：Lt指的是杆塔的等值电感；Rg指的是杆塔的冲击接地电阻；it指的是流经杆塔入地的雷电流；Zc指的是杆塔两侧A相一档导线并联的等值波阻抗；iA指的是流经线路A相导线的电流。

一旦被雷电击中，各个部位的电阻大小是不相同的，一般说来，被雷击中的部位对地电阻比雷电通道的波阻抗相对要低一些，所以我们在计算电流以及电压的过程中就可以相对地忽略雷电通道波阻抗的影响，输电线路中的电流i可以看成是可以看成是从输电线路的杆塔顶端的A点注入的。如果杆塔中的雷电流出现了斜角波形，其幅值为I，波头为πf，波头陡度为α。因此就可以得到一个具体的计算雷电电流的公式：i=αt。当杆塔出现雷击现象的时候，很多电流都会通过输电线路中被击中的杆塔进入到地面，一小部分会通过闪络的A相绝缘子、A相导线等支路入地。则杆塔电流的计算公式为：。式中：β为杆塔分流系数，是杆塔电流与雷电流之比。塔顶电位的计算公

式为：，杆塔分流系数β的计算

公式为：。在一般的工程计算中，雷电流

波头的取值可以是πf=2.6μs，Zc=40Ω，杆塔电感Lt=0.42ht，其中ht代表的是杆塔的高度。

从以上的公式中可以计算出分流系数以及塔电位瞬时值ut。如果杆塔的B相绝缘子未闪络或刚好在雷电流上升到幅值I闪络，则可以得到塔顶电位的最大数值，计算公式为：，其中，杆塔的分流系数β应取B相绝缘子串闪络前波头部分的杆塔分流系数。当塔顶的电位为utop时，闪络的A相导线具有和A相横担处相同的电位uA，，其

中，hA表示A相横担的高度，ht为杆塔高度。

在计算的过程中应该要注意不同的线路之间的耦合作用，比如在图1中的B相导线与A相导线之间就存在一定的耦合作用，在B相位的导线上会出现耦合电位kuA，其中，k代表的是耦合系数。整个过程中的耦合电位的极性与雷电流的极性是相同的，当雷电击中了输电线路的杆塔顶部的时候，杆塔周围的空间磁场会发生改变，在B相导线上将有感应电压出现，但是这个电压的极性却和雷电流的极性是完全相反的，其大小为，其中k0为B相导线对A相导线的几何耦合系

数，这个参数的数值可以根据镜像法求出；hCA代表的是线路中的A相导线的平均高度，hCB代表的是B相导线的平均高度，α代表的是感应过电压系数。

输电线路被雷电击中的时候，感应雷电压的大小会随着时间的变化而不断变化，这个变化的速度与主放电的发展速度等因素有关，对电压进行计算时的关系也比较复杂，如果采用不同的算法，得到的结果会有较大的差异。为了使得计算过程更加简单，在计算的时候可以认为感应雷电压随着时间的变化出现线性变化，雷电流达到最大值的时候，感应的雷电压也达到最大，B相导线电位uC等于其耦合电位和感应雷电压之和。

通过上述的公式分析可以看出，当雷电击中杆塔的顶部时输电线路的反击耐雷水平与导线间的耦合系数k有很大关系，一般说来，彼此的距离相对较远的两根导线之间的耦合系数相对较小，作用在绝缘子串上的电压值相对比较高一些，因此很容易出现闪络现象。在计算的过程中应该要尽量选择彼此之间的耦合系数比较小的相位作为分析的对象。对于我们日常生活中比较常见的Z型塔而言，选择如图1所示的A相位和B相位比较

合适。

1.2 反击跳闸率的计算

遇到雷击危害时，很容易产生的一个危害就是跳闸，输电线路之所以会出现跳闸，主要是有两个条件：一个是雷电的电流超过了输电线路本身可以承受的雷电电流忍耐水平，因此使得输电线路中出现了冲击闪络；另一个是冲击闪络会转变成为稳定的工频电弧才会导致线路跳闸。在输电线路的运行过程中，任何一种情况都有可能出现，具体的反击跳闸率的计算公式为：n1=NgP1n，其中n1为反击跳闸率，n为建弧率，N为线路的年落雷次数，g为雷电击中击杆塔的频率，P1为雷电流超过耐雷水平的统计概率。N、n、g可按规程法中的方法进行计算。

2 35kV输电线路反击耐雷性能分析

在输电线路的安装过程中，一般都会安装避雷线，但是对于一些没有避雷线的35kV输电线路，影响其反击耐雷性能的因素有很多，比如冲击接地的电阻、绝缘子的片数、杆塔的高度等。不同的因素在变化时，杆塔的反击跳闸率也是有所不同的。

2.1 接地电阻对反击跳闸率的影响

在输电线路中，接地电阻也是一个十分重要的参数，接地电阻的大小与反击跳闸率之间有一定的关系。假设杆塔有4片绝缘子，不同冲击接地电阻时的反击跳闸率的结果是不相同的。

由表1可知，杆塔的反击跳闸率与接地电阻之间的关系成正比，当接地电阻减小的时候，杆塔的反击跳闸率也会减少，如果该电阻的值在10Ω以下，则反击跳闸率的下降速度会加快，因此在具体的工作过程中，可以降低接地电阻的代销，尤其是对变电站的进线处进行处理，比如接地操作，可以降低反击跳闸率。

2.2 绝缘强度对反击跳闸率的影响

不同的绝缘子片数对反击跳闸率也有影响，假设杆塔的冲击接地电阻为15Ω，不同绝缘子片数时线路反击跳闸率有以下关系：

由表2可以得知，绝缘子片数与杆塔的反击跳闸率之间有很大的联系，一般說来，反击跳闸率会随着绝缘子片数的增加而迅速下降，两者之间呈现一个十分明显的反比关系。当绝缘子的片数从3片增加到6片的时候，线路的反击跳闸率会大幅度下降，基本下降了60%左右，尤其可以看出，针对35kV输电线路而言，可以采取调爬措施来降低杆塔的反击跳闸事故。

2.3 杆塔高度对反击跳闸率的影响

在输电线路的架设过程中，高度控制是一个十分重要的方面，输电线路的高度不相同，其杆塔的反击跳闸率也是不相同的。一般说来，输电线路的杆塔高度越高，在遇到雷电天气的时候会截获更多的雷电，因此被雷电击中的频率也要高一些。当杆塔的顶部被雷电击中之后，雷电流也会经过杆塔的塔身不断传播，直到接地装置。在这个电流传播的过程中就会引起负反射波，负反射波返回横担的时间增长，会使得横担电位增高，从而增加绝缘子闪络的可能性。通过大量的实验数据分析可知，当杆塔的高度不断降低的时候，输电线路的反击跳闸率也会相对降低，两者成正比关系。

3 结语

综上所述，35kV输电线路是我国电网中比较常见的线路之一，对于这类线路而言，出现单相闪络现象的时候，系统有可能不会跳闸，在另外的两个相位的导线上会产生与输电线路的杆塔电位的极性相同的耦合电压，因此需要加强对输电线路的反击耐雷的性能进行分析。经过各种实验得出，当接地的电阻不断降低的时候，线路的反击耐雷性能会有所增加，成反比的关系，线路的反击耐雷性能与绝缘子的片数成反比关系，当绝缘子的片数增加到6片的时候，会出现大幅度的下降，同时线路的反击耐雷性能与杆塔的高度成正比，随着杆塔高度的不断降低，其耐雷性会降低。根据研究结果，在35kV输电线路的架设过程中可以考虑这些因素，以提高线路的反击耐雷性能。

参考文献

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（责任编辑：秦逊玉）