输电线路雷击的原因分析及对策

谭明君 李站东 王立生

摘要：本文对输电线路雷电过电压、耐雷水平、杆塔接地等进行了综合分析和研究，其中重点讨论了杆塔接地电阻偏大以及回路电阻偏高的问题，并提出了解决该问题的措施。

Abstract： This paper comprehensivly analyzes and researches the lightning over-voltage lightning resisting level， tower grounding of the transmission line， it mainly discusses the larger resistance of tower grounding and the higher loop resistance and puts forward the measures to solve the problem.

关键词：输电；防雷；接地；措施

Key words： transmission；anti-thunder；ground connection；measure

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0170-02

0 引言

张家口市地处山区和丘陵地带，雷电活动较为频繁，年平均雷暴日在40d以上，由于杆塔接地电阻偏大以及回路电阻偏高，输电线路雷击事故较为突出。其中输电线路接地装置的接地电阻值的大小直接影响到电力系统的安全运行，采取措施降低杆塔接地电阻能够提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。经调查发现，由于杆塔接地不良或回路电阻较大而发生的雷害事故占线路故障率的比例较高。这是由于雷击杆塔顶部或避雷线时，当雷电流通过杆塔、接地装置流入大地时，由于接地电阻偏高，造成杆塔顶部电位升高，从而发生跳闸事故。经历年雷击事故调查分析证明，发生雷击事故的杆塔，大多是由于接地电阻偏高造成的，但是造成接地电阻偏高的原因较多，既有施工方面的原因，又有运行维护方面的原因，还有地质和环境条件的影响。为此，我们有必要对送电线路的雷电过电压、杆塔接地装置的接地电阻、以及接地电阻偏高的原因进行分析和研究，从而制定降低杆塔接地电阻的有效措施。

1 送电线路的雷击过电压

自然界包罗万象，雷击现象非常复杂，但从其后果的角度分析，可认为其是一个电流行波沿空气通道注入雷击点.需要注意的是在雷击过程中不仅有电流行波，还有电压行波，它们构成了电磁波，电磁笔传播时接近光速。U代表电压行波，i代表电流行波，Z代表该通道的波阻抗，三者的关系是Z=u/I，一般情况下Z取300Ω，若是导线或避雷线，Z在300-400Ω之间取值。

当雷击杆塔顶部时，若杆塔接地电阻R=0，那么杆塔顶部则不会电位升高。此时电压行波会随着电流行波一同侵入，但会改变其极性由原通道反射回去，使正、负抵消，进而确保塔顶电位不变。然而反射的过程中不仅有电压行波，还有电流行波，又因为R=0，那么电流会发生正的全反射，也就是说电流相当于翻了一倍，而事实上R=0不是客观存在的，因此该转化也并不完善，这时R上的电压降使避雷线对地有一个电位，从而在其上出现的电压行波，还要伴随一个电流行波i=u/Z。电流行波i标志着避雷线的分流作用。但通常接地电阻R只有1-20Ω，故分流因素是次要的。一般将避雷线的分流计入后就认为电流基本上增加了一倍。

避雷線的作用是防雷，其原理是把电压转化为电流，利用很低的接地电阻泄入大地，进而实现降压效果.因此可知，要想使避雷线真正的发挥作用，离不开低的接地电阻的支持，两者是接近正比例关系。

2 输电线路接地电阻与耐雷水平的关系

判断线路耐雷水平的一个重要参数是输电线路杆塔的接地电阻值，两者之间有着直接的关系，依照相关规范标准，耐雷水平受不同接地电阻的影响如表1所示。分析表1发现，当冲击电阻从10Ω增加到15Ω时，其耐雷水平下降20%；从15Ω增加到20Ω，其耐雷水平下降18%左右；从20Ω增加到25Ω其耐雷水平下降14%左右。这充分证明降低接地电阻是降低雷击跳闸的一项重要措施。

3 输电线路杆塔接地的一般要求

杆塔接地电阻的一般规定：

为了导泄雷电流入大地，以保持线路有一定的耐雷水平，设计送电线路的杆塔接地装置是有效手段。在实际设计送电线路的杆塔接地装置的过程中应严格依照相关规范标准进行操作和设计，满足以下要求。有避雷线的线路，在雷雨干燥时，每基杆塔不连避雷线的工频接地电阻不宜超过表2数值。

4 杆塔接地电阻偏高的原因分析

送电线路影响接地电阻的原因是多方面的，归纳起来有以下几方面的原因。

①土壤电阻率高。特别是山区，由于土壤电阻率高，对杆塔的接地电阻影响较大，经调查证明，凡接地电阻超标的杆塔所处地段的土壤电阻率大都在2500Ω·m以上，有的地段甚至更大。

②地形复杂，地质条件差，土层薄或根本没有土层，甚至部分地区都是岩石，给施工带来了巨大的挑战。

③施工方面的原因。由于种种原因，施工中无法做到尽善尽美，存在很多问题，比如没按要求回填土、接头部分焊接不良、接地体埋设深度不够等。

④运行方面的问题。接地电阻异常的原因除了施工遗留的隐患，还可能是以下运行问题导致的，比如：1）由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接地电阻变大，特别是酸碱地，由于接地体常年在这些土壤中，接地体的腐蚀相当快，我们通过开挖接地装置，发现接地体焊接头处因腐蚀断裂。2）由于水土流失严重，山坡地带可能会出现接地体外露现象。3）由于架空地线与杆塔的连接不良，导致电气上的开路；或者由于杆塔接地引下线与接地装置的连接螺栓锈蚀，导致回路电阻变大。4）杆塔接地引下线或接地体异常。

5 降低雷电跳闸事故的几点措施

降低雷电跳闸事故的关键是解决接地电阻偏大的问题，并认真分析原因，到现场进行严格的勘察和测量，然后有针对性的制定应对方案和措施，具体应做到以下方面：

①应认真勘察接地电阻偏高的杆塔所处的位置，并测量杆塔周围的土壤电阻率，若发现土质较差或者土壤电阻率高，应采取应对措施，比如使用降阻剂/换土等。

②依照周期开挖检查输电线路接地装置，若地质特殊还应该缩短开挖周期，同时依照相关规范标准对接地网进行更换改造。

③特别是要按周期使用钳型接地摇表对杆塔接地系统的接地电阻和回路电阻进行测量，近几年由于架空地线与杆塔接触不良和接地螺栓锈蚀，引起回路电阻偏高，雷电通道不畅，造成雷电故障时有发生。若接地裝置的接地电阻较高，则按要求进行接地改造；当杆塔的回路电阻较高时应首先检查杆塔与接地引下线连接是否牢固可靠，一旦检查过程中发现其连接部位有锈蚀，应及时采取有效应对措施。如110kV三西线#23杆塔2003年发生雷击故障，检查接地电阻合格，通过查找发现杆塔与接地引下线连接的螺栓生锈，造成泄雷通道不畅，对#23杆塔及附近19基类似问题的接地螺栓进行除锈、打磨并涂导电脂后，运行至今，未再发生雷击故障。若是避雷线支架与杆塔连接的穿心螺栓与杆塔接触不好或避雷线金具锈蚀，则应考虑另外铺设接地引下线。从而避免由于回路电阻偏高，而引发的雷电跳闸事故。

④改善输电线路的电气绝缘。针对输电线路的大跨越杆塔/潮湿区/污秽区/雷害区等，应在符合设计要求的基础上，适当增加1-2片绝缘子，以提高该段的电气绝缘水平。

⑤提高线路的防雷水平。应在容易出现雷击的线路段，加装线路型氧化锌避雷器，防止绝缘子串闪落，提高输电线路的防雷性能。如220kV关铁线#45塔位于山区，2010年发生雷击故障后，对#45及前后各五基杆塔进行接地电阻改造，将其接地电阻降至7Ω以下，并加装了塔头避雷侧针。2011年#45塔再次发生雷击故障，考虑其在山区，属于雷害严重区域，在其每相导线上加装了线路型氧化锌避雷器后，运行至今，未再发生雷击故障。

6 结论

使强大的雷电流安全泄入大地，减少由于雷电流流过时造成的杆塔电位升高而引起的线路反击，是输电线路防雷的主要目的。雷击杆塔顶时，通过架空地线部分雷电流会流到相邻杆塔入地。而另一部分雷电流则经自身杆塔流入大地。因此，必须采取切实可行的降阻措施，确保输电线路杆塔接地系统良好，是防止线路免遭雷击，降低雷击事故率的有效措施。

参考文献：

[1]袁利红，葛栋，李红，常立智，王颂虞，张亚富，来小康，张翠霞.220 kV/110 kV同塔6回线路耐雷性能研究[J].华北电力技术，2006（08）.

[2]Zakaria Z， Bashi S M， Mailah N F， et al. Simulation of lightning surges on tower transmission using PSCAD/EMTDC： a comparative study. Student Conference on Research and Development Proceeding. 2002.

[3]张佳鑫，厉天威，刘里鹏，黎小林，项阳，何俊佳.直流系统绝缘配合方案技术经济性的评估方法[J].南方电网技术，2013（5）.