超高压输电线路雷电绕击及防雷

燕列将 董浩辉 杨 蒙

国网山西省电力公司检修分公司

超高压输电线路雷电绕击及防雷

燕列将 董浩辉 杨 蒙

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雷电是影响输电线路可靠性的首要因素，在我国，超高压输电线路雷击事故占线路总跳闸事故40%～70。运行经验表明，对于500kV以下电压等级的输电线路，线路雷击事故以雷击杆塔及避雷线引起的反击为主；而对于500kV及以上的超高压、特高压输电线路，绕击是造成雷击跳闸的主要原因，因此，如何有效提高超高压输电线路的防绕击性能，对电力系统安全稳定运行具有非常重要的意义。本文以超高压输电线路雷击故障为实例，分析超高压输电线路绕击的可能性，并结合目前的防雷措施，提出超高压输电线路切实可行的防绕击策略。

超高压；输电线路；防绕击

架空输电线路的距离往往很长，通过各种复杂得地形和气候区域，终年暴露于自然环境中，极易受到各种恶劣天气条件下的影响，特别是被雷电击中的非常频繁。避雷线是超高压输电线路最基本的防雷措施，具有以下特点：(1)防止雷电直接击中输电线；(2)雷电击中杆塔顶部时，对雷电流具有分流的作用，可以使流入杆塔的雷电流减少，并降低杆塔顶部的电位；(3)可以耦合输电线，减小雷电击中杆塔时塔头绝缘的电压；(4)可以屏蔽输电线，减小输电线上的感应过电压。

1 实际情况分析

1.1 事故情况

2015年6月13日，在某地的雷雨天气中，某地电网跳闸重合成功，我们测得一系列数据，在当日15：45-15：55，天瓶6709线周围一共测得15个落雷电，得出落雷数据，我们根据落雷的地点结合当地地势绘制了雷电分布图，经当地实时调查，我们发现天瓶6709线#13塔附近有将要发生故障的趋势。

1.2 数据计算

当前在超高压输电线路绕击问题中，我们常用电气几何模型进行分析。传统的电气几何模型相对理想化，并没有考虑其他因素对于模型中所需数据的影响。研究发现，如果超高压线路杆塔高度较高，则先导对于地面、避雷针和电线的击距是不相同的。随着雷电的强度增大，先导对于上述所说的三种物体击距都会呈不同程度的增大。在对模型数据进行处理时，杆塔高度、保护角、山坡倾角都是影响临界击距的主要因素，其中，杆塔高度与临界击角呈正相关，杆塔越高，临界击角越大；保护角和山坡倾角与临界击距呈负相关，保护角和山坡倾角越大，临界击距越小。关于临界电流，我们采用国际推荐的临界电流公式进行计算，由此算出当临界电流大于59.78kA时，雷电将不会发生绕击。除此之外，我们还验证了杆塔的耐雷水平，结合当地测得数据，得出：当电流大于117.36kA时，雷电会发生反击。

1.3 故障分析

根据分析13塔的相关数据，计算出当雷电电流在17.4～59.7kA时，雷电会发生绕击，当雷电电流大于117.36时雷电会发生反击。根据当地雷电调查显示，在#15-#17塔之间，落雷电较多，相对密度较大，共有3个落雷电满足发生雷电绕击的条件，但没有满足反击条件。发生故障的塔杆电阻小，所在地点相对地势较高，斜度较大，具备相应的雷电绕击特征，故因此得出，6709线#13塔的故障是因为雷电绕击引起的。

2 防雷措施

影响雷击跳闸的主要因素有地闪密度、雷电流幅值、线路保护角、线路绝缘水平、杆塔高度、杆塔接地电阻、地面倾角、地形地貌等。通过有效的防护措施来减小部分因素对线路雷击跳闸的影响是一种有效的防护手段。目前应用于超高压架空线路的雷电防护措施主要有：1)减小线路保护角；2)降低杆塔接地电阻；3)提高线路绝缘水平；4)加装保护间隙；5)架设耦合地线；6)架设旁路地线；7)安装避雷针；8)加装线路金属氧化物避雷器。这些防雷保护措施各有特点，应根据天瓶5406线的雷害特征和防护策略选择有针对性的措施。

2.1 降低接地电阻

降低接地电阻可以有效地阻止电路反击，减少雷电天气事故的发生。相比于减少保护角，降低接地电阻更容易实施，方法也更为简单快捷。降低接地电阻的方法有很多，例如可以增大接地网面积，接地网面积与接地电阻成反比，当接地网面积增大，接地电阻就可以有效减小；还可以人工的改善电阻率，在高电阻率地区，人工的将电阻率减小，可以间接地减少接地电阻；我们更可以利用设施中的钢筋等金属，有效的减少接地电阻。

2.2 架设耦合地线

架设耦合地线是超高压输电线路防雷的基本措施之一，在受雷电打击严重的线路中，杆塔接地电阻并不足以保护线路，而改善接地电阻也有一定的困难，这时我们应该架设耦合地线。耦合地线可以起到分流作用，从而减低了电压，减少了雷电的绕击次数。但是架设耦合地线的过程十分繁琐，在架设之前，我们需要反复测量塔杆高度、架设耦合地线所需距离等，而且实施起来相对复杂，受到各方面条件的制约，增加了工作负担。架设的过程中可能还会砍伐树木，破坏了环境。

2.3 安装避雷针

防绕击避雷针是一种结构特殊的避雷结构，在超高压线路上进行安装可防止雷电绕击而引起事故发生。该项技术结构先进、性能稳定、运行快速安全、安装方便并且使用寿命长，减少了雷电天气的跳闸现象，对超高压线路的安全运行有了很大的保障。无论从经济角度，还是从产品的实用性，防绕击避雷针都有一定的可行性。

2.4 加装保护间隙

保护间隙的作用主要是发生雷击时，保护间隙通过电弧闪络来保护绝缘子不受损坏，可以降低线路的雷击事故率。对于现有线路，安装并联间隙会短接部分绝缘子，从而造成线路绝缘水平降低，反而导致雷击跳闸率增大。在电网雷击跳闸率较高的情况下，不宜简单大范围推广，故暂不考虑该项措施。

综上所述所，目前，电网有多条超高压输电线路进行了防雷的技术改造，解决线路的绕击问题，主要措施就是安装线路避雷器和可控放电避雷针，从而达到降低绕击跳闸概率，并取得了良好的实效。

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