500kV高壓輸電線路的雷擊故障分析及其防治

董 秦

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)城 048102）

1 輸電線路雷擊跳閘事故的原因分析

1.1 自然因素

雷電活動(dòng)有很強(qiáng)的氣候特征和區(qū)域特點(diǎn)。近年來，由于氣候惡化等自然原因也造成雷電活動(dòng)的增加，據(jù)數(shù)據(jù)顯示：我國(guó)雷電自然災(zāi)害在近十幾年中有不斷上漲的跡象，其中2002年和2006年增長(zhǎng)比較明顯，高達(dá)4881次和6161次之多。而一些降雨多發(fā)地區(qū)以及山區(qū)、峽谷等典型地域氣流活動(dòng)更加劇烈，落雷的概率也隨之增加。

1.2 避雷線的保護(hù)角

在防雷措施中架設(shè)避雷線是高壓輸電線路最有效的方法。避雷線的保護(hù)角的大小與防雷效果有著密切的聯(lián)系。跳閘率隨著保護(hù)角的增大而增加，繞擊率則隨著保護(hù)角的減小而降低。當(dāng)保護(hù)角降低到一定程度時(shí)甚至可以起到屏蔽作用,保護(hù)導(dǎo)線不受到繞擊。因此避雷線的保護(hù)角設(shè)置不合理是造成雷擊故障的原因之一。

1.3 線路的絕緣水平

根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，早期投入運(yùn)行的線路在投運(yùn)的初期有著很好的防雷效果，但是由于各種原因，運(yùn)行若干年后，當(dāng)初的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)無法抵御如今的雷電襲擊，而且由于長(zhǎng)期遭受風(fēng)吹、日曬、沙塵等惡劣自然條件的影響，絕緣能力逐漸下降，由于沒有及時(shí)有效的維護(hù)，隨著接地體通流能力的下降，將導(dǎo)致跳閘率明顯增加。

1.4 桿塔接地電阻

桿塔接地電阻值的大小決定了將雷電傳導(dǎo)至大地的能力，阻值越小，傳導(dǎo)能力越強(qiáng)。如果阻值過大，雷擊時(shí)大量的電荷無法快速釋放將抬高塔頭電位，有可能造成絕緣擊穿，提高了斷路器跳閘的概率。

一般情況下，在經(jīng)過各種措施進(jìn)行降阻處理后，接地體的阻值在短期時(shí)間內(nèi)基本符合要求，但是隨著降阻劑的流失以及腐蝕等原因，接地電阻的阻值逐漸上升。如果沒有定期的對(duì)線路接地體和引下線進(jìn)行腐蝕情況檢查，加之測(cè)試接地電阻時(shí)的測(cè)量誤差等情況，將導(dǎo)致線路的接地電阻無法滿足防雷要求。遭受雷擊時(shí)就容易發(fā)生跳閘事故。

2 線路耐雷水平影響因素的研究

2.1 影響反擊耐雷水平的因素分析

影響反擊耐雷水平的因素主要包括桿塔高度、接地電阻、絕緣子片數(shù)等。

桿塔高度是決定輸電線路反擊耐雷水平的一個(gè)重要因素，隨著桿塔高度的增加其落雷的概率將增加，原因主要有兩個(gè)：（1）引雷面積跟塔高正相關(guān)；（2）塔頂被雷擊中時(shí)，雷電波在桿塔中正向傳播的時(shí)間與反向返回的時(shí)間都與桿塔的長(zhǎng)度正相關(guān)，塔頭及橫擔(dān)電位由此上升，引起發(fā)生反擊的可能性增加。

接地電阻值的大小決定了傳導(dǎo)雷電的能力。以DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中500 kV典型酒杯塔的塔形尺寸和絕緣子串的50%雷電沖擊絕緣水平試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示[3]：

表1 桿塔接地電阻與耐雷水平的關(guān)系

由表1可以看出高壓線路的耐雷水平隨著桿塔接地電阻的增加而發(fā)生明顯的降低。

絕緣子片數(shù)決定了絕緣子串兩端的閃絡(luò)電壓，因此，絕緣子片數(shù)與高壓線路的耐雷水平密切相關(guān)。選擇輸電線路的絕緣子片數(shù)時(shí)主要考慮工作電壓的影響，按污穢條件選擇絕緣子片數(shù)后，再按操作過電壓進(jìn)行校驗(yàn)。一般絕緣子的絕緣強(qiáng)度不按大氣過電壓的要求來選擇，而是根據(jù)已選定的絕緣水平對(duì)線路的耐雷性能進(jìn)行估計(jì)，僅在個(gè)別高塔、大跨越和需要提高耐雷水平的場(chǎng)合才考慮適當(dāng)增加絕緣子的片數(shù)[4]。

2.2 影響繞擊耐雷水平的因素分析

影響繞擊耐雷水平的因素主要有桿塔高度、地面傾角、絕緣水平、絕緣配置方式、擊距公式及風(fēng)擺角等。

桿塔的高度不同其繞擊跳閘率也不同。因?yàn)闂U塔的結(jié)構(gòu)、排列方式以及幾何參數(shù)決定了屏蔽弧和暴露弧的范圍和位置。通過對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化可以減小線路的暴露弧范圍，增強(qiáng)線路的的防繞擊能力。

有研究顯示：當(dāng)?shù)孛鎯A角在時(shí)，繞擊跳閘率與地面傾角的變化為正相關(guān)。高于時(shí)，繞擊跳閘率與地面傾角的變化為負(fù)相關(guān)。所以在地面傾角增大到之前，跳閘率隨著角度的增大而增大。當(dāng)大于時(shí)，跳閘率則隨著角度的增大而減小。

絕緣子的片數(shù)對(duì)高壓輸電線路的繞擊耐雷水平也有著直接的影響，輸電線路的防雷能力隨著絕緣子片數(shù)的增加而加強(qiáng)。故根據(jù)輸電線路所處的地域特征、氣候特征等進(jìn)行合理的配置，可以提高其繞擊耐雷水平。

對(duì)雙回線路的A、B、C三相采取不平衡絕緣配置方式 （對(duì)容易遭受繞擊的中相導(dǎo)線多懸掛一片絕緣子）與采取平衡配置方式相比，繞擊跳閘率有顯著的降低。因此，在線路的實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用不平衡絕緣配置方式，可以提高線路的抗繞擊能力。

擊距公式有很多，目前常用的擊距公式及其繞擊跳閘率如表2所示：

表2 擊距公式及其繞擊跳閘率

由表2可以看出，擊距公式不同，繞擊跳閘率也有明顯的不同。至于哪種擊距公式的計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況還沒有定論。需要對(duì)現(xiàn)有的模型進(jìn)行不斷的修正和完善才能找到更接近真實(shí)繞擊閃絡(luò)機(jī)理的模型和表達(dá)式。

當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)對(duì)耐雷性能的影響較小，可以忽略。而當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)擺角增大，對(duì)輸電線路的繞擊跳閘率有著明顯的影響。雷雨天氣時(shí)，常常伴隨著大風(fēng)所以風(fēng)速的影響更不容忽視。特別是對(duì)于跨山谷和沿山頂?shù)木€路，其所處環(huán)境的風(fēng)速一般都比較大，風(fēng)速的影響更應(yīng)該引起重視。

3 高壓輸電線路雷擊跳閘的防范措施

3.1 架設(shè)避雷針

實(shí)踐表明，安裝可控放電避雷針及防繞擊避雷針是防雷的主要措施之一。安裝這些裝置可以有效提高輸電線路的防雷能力，切實(shí)降低線路的雷擊跳閘率。避雷針的安裝可以增大塔頭附近導(dǎo)線、地線的耦合系數(shù),減小作用在絕緣子串上的電壓,起到提高耐雷水平的作用。防繞擊避雷針的設(shè)計(jì)，除了最大限度地滿足防雷擊的電氣特性以外，安裝于架空線路時(shí)還應(yīng)該考慮到其所必需的各項(xiàng)機(jī)械性能。滿足防雷擊的電氣特性是指降低繞擊率。安裝于架空電力線路所需的機(jī)械性能是指其應(yīng)具備足夠的握力、通流能力、抗振動(dòng)疲勞的能力和抗不均勻覆冰扭轉(zhuǎn)的能力[6]。同時(shí)其頻率特性及線夾出口振動(dòng)角也應(yīng)該符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2 減小避雷線的保護(hù)角

為已經(jīng)運(yùn)行的輸電線路裝設(shè)防繞擊避雷針，使金屬側(cè)針?biāo)椒较驈谋芾拙€掛點(diǎn)向外伸以減小塔頭附近的保護(hù)角，從而增大保護(hù)范圍。依據(jù)塔形的特點(diǎn)，將安裝防雷側(cè)針后的保護(hù)角設(shè)定全部小于，部分塔形甚至是負(fù)角。發(fā)生雷擊時(shí)，避雷針的接閃作用明顯，能夠?qū)⑤^大的雷電流引向避雷針，從而降低繞擊發(fā)生的概率。

3.3 增加線路的絕緣水平

輸電線路的防雷擊跳閘能力與線路的絕緣能力正相關(guān)。合理有效地對(duì)絕緣配置進(jìn)行調(diào)整，并采取相關(guān)措施提高輸電線路的絕緣能力將能有效的降低雷擊跳閘事故。

3.4 降低桿塔的接地電阻

通過對(duì)腐蝕嚴(yán)重，檢測(cè)不合格的桿塔接地網(wǎng)進(jìn)行更換改造，采取科學(xué)有效的降阻措施，可以降低桿塔的接地電阻，提高輸電線路的耐雷水平，減少因接地電阻超標(biāo)而引起的雷電反擊跳閘次數(shù)。

4 結(jié)論

本文對(duì)500kV輸電線路的雷擊故障進(jìn)行了分析，分析了影響耐雷水平的各種因素并提出了一些防治措施?；谝陨瞎ぷ鞯贸隽艘韵陆Y(jié)論：

4.1 輸電線路雷擊跳閘事故的原因包括氣候、地形、地貌等自然原因以及避雷線的保護(hù)角過大，線路的絕緣水平下降，桿塔接地電阻不符合標(biāo)準(zhǔn)等其他因素。

4.2 影響輸電線路耐雷水平的因素包括桿塔幾何尺寸、接地體阻值大小、絕緣水平、絕緣配置方式、地面傾角、風(fēng)擺角以及分析耐雷水平的方法等。

4.3 通過架設(shè)避雷針、減小避雷線的保護(hù)角、增加線路的絕緣水平以及降低桿塔的絕緣水平可以有效地防范輸電線路的雷擊跳閘事故。

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［3］馬釗.500kV輸電線路雷擊跳閘原因分析及防范措施[J].河北電力技術(shù)，2010（29）.

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［6］國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院.輸電線路綜合防雷措施的研究[R].武漢:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院,2006.

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