输电线路雷电事故预防技术和预防管理措施研究

陈立东，刘磊，刘博

（国网辽宁省电力有限公司阜新供电公司，辽宁 阜新 123000 ）

0 引言

由于电网中输电线路的走廊呈密集化趋势，架空杆塔也不断增加高度，从客观上增加了输电线路发生雷电袭击事故的可能性。伴随国民经济的高速发展，电力设备的使用率和增加率不断上升，经济的高速发展对电力系统的稳定性和安全性需求逐年提高[1-3]。电力系统运行将面临雷电、冰雹、霜冻、大风等自然灾害的袭击，其中雷电事故将造成电力系统强扰动，危及电力输电线路、输变电设备和用电设备的安全，严重时将导致大面积停电事故，对国家公共财产的安全埋下事故隐患，同时影响工业生产和人民的日常生活。可见，开展输电线路雷电事故预防技术对于提高电力系统安全，保证工业生产顺利开展和国家财产安全，促进社会经济进步具有十分重要的意义。输电线路雷电事故预防技术是一项涉及电器学、气象学、电力系统理论和电力电子技术的综合型科学，在开展雷电事故预防前必须了解雷电基本技术参数，深入分析输电线路雷电事故规律，从技术和管理双方面着手进行雷电综合防治[4]。

2 雷电参数

2．1 雷暴日

雷电预防方案的制定依据雷电活动规律和雷电特性，所以在开展输电线路雷电事故预防技术研究前需要对区域雷电活动规律进行研究[5-8]。雷暴日和雷暴小时为衡量区域雷电活动的主要参数，某区域一年内雷电活动的天数用雷暴日来表示，某区域一年内雷电活动的小时数用雷暴小时来表示。统计过程中某区域如果一个小时或一天有雷电活动，则记为一个雷暴小时或一个雷暴日。我国现有的雷电规程中以雷暴日为计量单位，雷暴小时与雷暴日的比值如表1所示。

根据表1数据可以得到，雷暴小时和与雷暴日的比值随着雷暴小时数的变化正比变化，其值基本保持在为3.0附近。在不同的地区，地形地貌、温度和湿度等气候条件的差异，导致每年的雷暴日和雷暴小时差异很大。根据《规程》中的规定，一般将年平均雷暴日低于或等于15天的区域称为少雷区，一般将年平均雷暴日大于15天且低于或等于40天的区域称为中雷区，一般将年平均雷暴日大于40天且低于或等于90天的区域称为多雷区，一般将年平均雷暴日大于90天的区域称为强雷区。在指定区域雷电事故预防技术和预防管理措施时应结合当地的实际情况，因地制宜、区别对待[9-11]。

表1 我国雷暴日与雷暴小时比值表Tab．1 The ratio table of thunderstorm and thunderstorm hour in China

2．2 落雷密度

衡量某区域雷电活动的频繁程度可以用雷暴日和雷暴小时来表示，但雷暴日和雷暴小时不能反映区域雷电活动的类型，不能判断是属于雷云对地放电、雷云内部放电、雷云间放电三者中的某一种。根据多年的观测、统计数据表明，雷云对地放电远远小于雷云内部放电和雷云间放电，而雷云对地放电对于输电线路防雷方案的制定影响较大，也就是平时所说的地面落雷[12]。采用一雷暴日内每平方公里地面平均落雷次数表示地面的落雷密度，一般在年平均雷暴日较大的区域地面落雷频率也较大。根据历史数据统计得到关于落雷密度gN与雷电日dT、雷电小时hT之间关系的计算公式，用于计算落雷密度，公式如下:

上述公式（1）和（2）是由历史统计数据拟合得到的公式，已经在工程实际中得到较高的认可度，但不是根据落雷密度实际数据总结得到的。在某些土壤电阻率较低的突变区域、已产生雷云的向阳和迎风的山坡区域、常有雷电活动的山谷区域等的落雷密度要远远大于普通区域。

3 雷电事故预防

3．1 雷电事故预防技术

输电线路雷电事故预防技术通过适当降低地线保护角、加大输电线路绝缘能力、合理选择杆塔接地电阻、加装自动重合闸装置等措施来降低雷击风险，保证重点线路的安全运行。下边结合不同线路的实际情况，对上述措施进行详细介绍。

3．1．1 降低地线保护角

降低地线保护角是重点线路雷电事故预防技术的重要措施，结合线路杆塔型式和电压等级差异设置合适的地线保护角，在必要情况下也可以选用架设双地线的雷电事故预防技术方案。双地线的技术方案在一般线路的雷电事故预防措施中使用比较广泛，220kV及以上的大部分线路都将采用双地线的措施。在金属矿区和山区等特殊地段，其输出电压为，220kV及以上的工况下，需要减小地线的保护角。地线保护角在输电线路中设置后，在线路运行阶段通常不会进行二次更改。

3．1．2 加大输电线路绝缘能力

在输电线路初期设计过程中，需要尽可能的避开雷电灾害较集中的区域，在电网设计需求不可避免雷电集中的区域时需要对雷电集中区域的线路进行重点防护。绝缘能力是输电线路抗雷电袭击的重要指标，塔头空气间隙和交叉跨越距离是输电线路设计时首要考察的指标，增加绝缘子片数和复合绝缘子干弧长度是增加输电线路绝缘能力的重要措施。在高压和超高压输电线路中，一般采取同杆并架双回路的措施，通常采用的防雷技术措施无法降低雷电袭击时双回路同时跳闸的概率，需要采用不对称绝缘技术，即保证一路回路的绝缘能力不变，降低另一回路的绝缘能力。在发生雷电袭击过程中，绝缘水平较低的回路配合绝缘水平高的回路而发生闪络， 提高整个输电线路的耐雷能力。

3．1．3 合理选择杆塔接地电阻

减小杆塔接地电阻是预防反击雷电事故的有效措施，也是最直接的方案。为了提高输电线路的耐雷能力，在新建输电线路时必须保证其在干燥的雷雨季节杆塔接地电阻不超过表2所示值，且地线所含的冲击接地电阻不与每级杆塔相连[13-14]。

3．1．4 加装自动重合闸装置

表2 重要线路杆塔新建时的冲击接地电阻Tab.2 The impact earthing resistance of the important line tower new

自动重合闸装置是指在输电线路发生短路等故障情况下，继电保护装置能够根据设定要求动作跳闸，在短时时间间隔后不需要复位或人工操作而直接自动合闸的装置。输电线路在遭受雷电袭击引起闪络等现象发生跳闸，由于线路具有自恢复能力所以故障可以自动消除，因此在输电线路上安装自动重合闸装置，用于降低雷电事故线路的故障率。在输电线路实际运行过程中，自动重合闸装置对于线路对稳定性和安装性发挥着重要的作用，同时也降低了人工巡检和维修的工作量[15]。

3．2 雷电预防管理

3．2．1 加强防雷基础工作

输电线路雷电事故预防过程中要从输电基础设备和设备日常维护两方面开展。输电线路的管理单位应把线路防雷工作放在首位，对输电线路的绝缘子零值和接地电阻等参数开展定期和不定期检测，在检测结果不符合线路防雷要求情况下，必须立即进行技改，确保输电线路的雷电防御能力满足线路运行的要求。

3．2．2 加强新建线路防雷水平

在新建输电线路时必须保证其防雷水平，降低由于雷击导致跳闸的概率。220kV架空输电线路在设计阶段不仅要考虑耐雷能力的要求，还要考虑雷电屏蔽技术需要，在平衡新建线路区域雷电活动情况和经济条件情况下，有针对的制定雷电预防措施和技术方案，保证接地电阻在国家标准规定范围之内，避免线路运行后停电增设新的防雷装置。

3．2．3 加强差异化防雷技术

2011年初，国家电网公司《架空输电线路差异化防雷工作指导意见》文件中明确提出全面开展架空输电线路差异化防雷工作，实现针对不同区域、不同电压等级、不同重要性线路耐雷水平和防雷措施的差异化配置，保障大电网安全可靠运行。新建输电线路利用雷区分布图和雷害评估技术取代传统雷电日和雷击跳闸率经验计算公式，并按照线路在电网中的位置、作用和沿线雷区分布，区别重要线路和一般线路进行差异化防雷设计。

3．2．4加强雷电灾害风险评估工作

雷电灾害风险评估是根据评估区域的雷电活动时空分布情况和灾害特性，对雷电可能造成的灾害进行综合风险计算，从防雷类别、防雷措施和事故应急预案等方面提出建设性的评价方法。雷电灾害风险评估工作利用对现有雷电数据分析情况，总结雷害规律，评估雷害的风险，以便制定有针对性防雷措施。

4 结论

伴随我国经济的飞速发展，对能源和电力的需求不断上升，电力行业面临高速发展的黄金时期。输电线路是电能传输的载体，在电网中起到举足轻重的地位。雷电事故是影响电力系统稳定性和安全性的重大隐患，在输电线路跳闸事故的起因中雷击过电压是重要的因素之一。在分析防雷技术发展过程基础上，对雷电参数进行阐述，提出从技术和管理两个方面的对输电线路雷电事故的预防措施。

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