輸電線路雷擊跳閘分析和防雷措施

毛杰

【摘 要】本文分析了雷電現(xiàn)象、雷電過電壓及跳閘原因，并提出了一些防雷保護(hù)措施，提高架空輸電線路的耐雷水平。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；跳閘；防雷

【Abstract】This paper introduced in detail the frequent lightning and over-voltage， proposed the lightning protection improvement measures through the cause analysis in order to improve the lightning protection capability of lines.

【Key words】Transmission line； Lightning trip-outs； Lightning protection

1 關(guān)于雷擊現(xiàn)象的概述

雷電是在空氣中進(jìn)行的一種宏偉的放電現(xiàn)象，雷電放電是由帶電荷的雷云引起的。大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，它對地面沒有什么直接影響。

2 線路雷擊過電壓種類

可能在輸電線路上產(chǎn)生跳閘原因的雷電過電壓主要有以下幾種：

1）雷電感應(yīng)過電壓。雷擊于輸電線路附近的地面時，可在導(dǎo)線上感應(yīng)產(chǎn)生過電壓，稱為雷電感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓只會危害電壓等級較低（如35kV以下）的輸電線路。感應(yīng)過電壓的出現(xiàn)極為普遍，只要雷擊線路附近的地面時，便會在架空線路的三相導(dǎo)線上出現(xiàn)感應(yīng)過電壓。此時的感應(yīng)過電壓的幅值一般不會超過300～400kV，因此不會引起導(dǎo)線閃絡(luò)。

2）直擊雷過電壓。就是雷電直接擊中線路引起直擊雷過電壓。直擊雷過電壓要比感應(yīng)過電壓的幅值大得多，因此對于線路防雷來說，主要是防直擊雷。直擊雷過電壓又可分為反擊雷過電壓和繞擊雷過電壓兩種：

（1）反擊雷過電壓。雷擊于輸電線路的桿塔或避雷線時，在桿塔的塔頂和橫擔(dān)上形成很高的電位，相應(yīng)地在線路絕緣子串兩端（即導(dǎo)線和橫擔(dān)之間）產(chǎn)生較高的電位差，造成雷擊的線路跳閘故障。

（2）繞擊雷過電壓。當(dāng)雷電繞過避雷線，即避雷線保護(hù)失效，直接擊在導(dǎo)線上，由此造成的雷擊線路跳閘故障。

3 線路雷擊跳閘分析

3.1 線路雷擊跳閘率的計(jì)算

以雷擊有避雷線線路的跳閘為例。在下列情況下，線路將要跳閘： （1）雷擊桿塔頂部發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧；（2）雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，雷擊避雷線的檔距中間且與導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)引起跳閘的情況是極罕見的，可不予考慮。雷繞擊導(dǎo)線時，耐雷水平I2可由下式求出，有避雷線線路的跳閘率可按下式計(jì)算：N=NLη（gP1+PαP2）

式中：N為跳閘率，次/（100km.a）；η為建弧率；g為擊桿率；P1為超過雷擊桿塔頂部時耐雷水平的雷電流概率；P2為超過雷繞擊導(dǎo)線時耐雷水平的雷電流概率；Pa為繞擊率（包括平原和山區(qū)）。擊桿率g與避雷線根數(shù)和地形有關(guān)，一般可采用表1所列數(shù)據(jù)。

3.2 線路反擊雷分析

3.3 線路繞擊雷分析

根據(jù)高壓線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測和模擬試驗(yàn)均證明，雷電繞過避雷線直擊導(dǎo)線的概率與避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及線路經(jīng)過的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。平原和山區(qū)線路的繞擊率與保護(hù)角和桿塔高度的關(guān)系曲線見圖1， 圖中的繞擊率曲線也可用下式表示：

根據(jù)式（4）可以推算出山區(qū)的繞擊率在5%左右，但山區(qū)線路的繞擊率約為平地線路的3倍，山區(qū)線路不可避免會出現(xiàn)大跨越堯大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)。一些地區(qū)雷電活動相對強(qiáng)烈，使某一區(qū)段的線路較其它線路更容易遭受雷擊。

4 輸電線路防雷設(shè)計(jì)措施

4.1 加強(qiáng)輸電線路的絕緣水平

由于輸電線路個別地段需采用大跨越高桿塔（如：跨河、跨海桿塔），這就增加了桿塔落雷的機(jī)會。高塔落雷時塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為降低線路跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串片數(shù)，加大大跨越檔導(dǎo)線與地線之間的距離，以加強(qiáng)線路絕緣。在35kV及以下的線路可采用瓷橫擔(dān)等沖擊閃絡(luò)電壓較高的絕緣子來降低雷擊跳閘率。

4.2 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻，來達(dá)到減小雷擊桿塔時的電位升高，這是配合架設(shè)避雷線所采取的一項(xiàng)有效措施。采取增加地埋接地體數(shù)量并進(jìn)行深埋的措施，使沙地的桿塔接地電阻值達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，對位于雷電活動區(qū)內(nèi)的巖石基礎(chǔ)上的接地體不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)情況和對于高電阻地區(qū)，還可以使用長效化學(xué)降阻劑，來達(dá)到降低接電電阻的目的。

4.3 增設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時，可采用架設(shè)耦合地線的措施，即在導(dǎo)線下方再架設(shè)一條地線。它的作用主要有以下方面：（1）加強(qiáng)避雷線與導(dǎo)線間的耦合，使線路絕緣上的過電壓降低；（2）增加了對雷電流的分流作用。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，耦合地線對減小雷擊跳閘率的效果是顯著的，尤其在山區(qū)的輸電線路其效果更為明顯。

4.4 線路避雷器

線路避雷器的主要作用是雷擊線路時，當(dāng)雷電流達(dá)到一定幅值，避雷器就會動作，大部分雷電流從避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相鄰桿塔。這種分流的耦合作用使導(dǎo)線電位提高，避免絕緣子發(fā)生雷擊閃絡(luò)。而在正常的情況下，避雷器恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。線路避雷器主要應(yīng)用于位于山區(qū)、海邊等空曠易擊點(diǎn)桿塔。在雷擊跳閘比較頻繁的易擊點(diǎn)安裝線路型避雷器，降低雷電易擊點(diǎn)雷擊跳閘次數(shù)的效果比較明顯，有效降低線路故障巡視及維修工作量。線路避雷器有2種類型，即帶串聯(lián)間隙和無串聯(lián)間隙，因運(yùn)行方式不同和電站避雷器相比在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也有所區(qū)別。線路避雷器安裝時應(yīng)注意：（1）選擇多雷區(qū)且易遭雷擊的輸電線路桿塔，最好在兩側(cè)相臨桿塔上同時安裝；（2）垂直排列的線路可只裝上下2相；（3）安裝時盡量不使避雷器受力，并注意保持足夠的安全距離；（4）避雷器應(yīng)順桿塔單獨(dú)敷設(shè)接地線，其截面不小于25 mm2，盡量減小接地電阻的影響。投運(yùn)后進(jìn)行必要的維護(hù)：（1）結(jié)合停電定期測量絕緣電阻，歷年結(jié)果不應(yīng)明顯變化；（2）檢查并記錄計(jì)數(shù)器的動作情況；（3）對其緊固件進(jìn)行擰緊，防止松動；（4）5 a拆回，進(jìn)行1次直流1 mA及 75%參考電壓下泄漏電流測量。安裝線路避雷器防止線路雷害故障有較好的效果。

4.5 裝設(shè)自動重合閘

雷擊故障約90%以上是瞬時故障，所以應(yīng)在變電站（所）裝設(shè)自動重合閘裝置，以便及時恢復(fù)送電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá)57～95%，35kV及以下線路為50～80%。因此按規(guī)程要求“各級電壓線路應(yīng)盡量裝設(shè)三相或單相重合閘”。同時明確強(qiáng)調(diào)“高土壤電阻率地區(qū)的送電線路必須裝設(shè)自動重合閘裝置”。裝設(shè)自動重合閘裝置是防雷保護(hù)的有效措施之一。

當(dāng)然，任何防雷的方法都會有普遍適應(yīng)性和個體特殊性，在線路防雷中運(yùn)用什么樣的方法，不可強(qiáng)行照搬，還須因地制宜，綜合防治，要根據(jù)實(shí)際情況選用最恰當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

5 結(jié)論

高壓輸電線路遭受雷擊的事故主要與四個因素有關(guān)：線路絕緣子的50%放電電壓；有無架空地線；雷電流強(qiáng)度；桿塔的接地電阻。高壓輸電線路各種防雷措施都有針對性，因此，在進(jìn)行高壓輸電線路設(shè)計(jì)時，我們選擇防雷方式首先要明確高壓輸電線路遭受雷擊跳閘原因，結(jié)合原有輸電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等，通過比較選取合理的防雷設(shè)計(jì)，提高輸電線路的耐雷水平，來達(dá)到架空輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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[責(zé)任編輯：曹明明]