220kV架空線路雷害分析和防治對(duì)策

李奉雷

（湖南科鑫電力設(shè)計(jì)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410007）

220kV架空線路雷害分析和防治對(duì)策

李奉雷

（湖南科鑫電力設(shè)計(jì)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410007）

在220kV架空線路運(yùn)行中，雷害事故占據(jù)所有事故很大的比例，對(duì)供電的正常和安全產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。因而，必須加強(qiáng)對(duì)220kV架空線路雷害分析，并且找到有效的解決措施避免220kV架空線路受到雷害的影響，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文主要闡述了220kV架空線路防雷工作的重要性，并且闡述了220kV架空線路幾點(diǎn)防雷措施。

220kV；架空線路；雷害；防治；避雷

引言

220kV架空線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，因?yàn)?20kV架空線路是暴露在自然環(huán)境中的，因而非常容易受到外界各種因素的影響，其中一個(gè)重要的影響因素就是雷擊。220kV架空線路通常需要經(jīng)過高山、丘陵以及曠野等，因而遭受雷害的風(fēng)險(xiǎn)非常大，必須采取有效的措施避免220kV架空線路受到雷害影響。

1 雷電對(duì)220kV架空線路的危害

1.1 雷電的形成與特點(diǎn)

雷電是一種壯觀和復(fù)雜的大氣電現(xiàn)象，常伴有強(qiáng)烈的陣風(fēng)和暴雨，有時(shí)還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。它是雷暴天氣的最基本特征之一。同時(shí)，雷電活動(dòng)與電力系統(tǒng)、電訊通信、交通運(yùn)輸、森林保護(hù)及人們的日常生活密切相關(guān)。

1.2 雷電過電壓的種類

雷電過電壓分成感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓。雷擊導(dǎo)線水平距離65m以外的大地時(shí)，由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化，在導(dǎo)線上感應(yīng)出的過電壓，稱為感應(yīng)雷過電壓（見圖1）。雷直擊輸電線路桿塔，避雷線，導(dǎo)線，產(chǎn)生的過電壓稱為直擊雷過電壓。根據(jù)雷擊線路部位的不同，還可以將直接雷過電壓分成以下兩種：①當(dāng)雷電擊中線路的桿塔或者是避雷線時(shí)，雷電流通過雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對(duì)地電位大大升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓。因?yàn)闂U塔或避雷線的電位（絕緣值）高于導(dǎo)線，故通常稱為反擊。②雷電直接擊中導(dǎo)線（無避雷線時(shí)）或繞過避雷線（屏蔽失效）擊于導(dǎo)線，直接在導(dǎo)線上引起過電壓。后者通常稱之為繞擊。

圖1 感應(yīng)雷過電壓

1.3 雷電對(duì)220kV架空線路的危害

近年來，雷擊一直是220kV架空線路發(fā)生跳閘故障的首要原因之一（見圖2），然而，由于雷電活動(dòng)規(guī)律及線路防雷問題的復(fù)雜性，線路防雷工作仍然十分艱巨。如圖2為全省110kV及以上線路跳閘分類。220kV架空線路受到直接雷擊或線路附近落雷時(shí)，導(dǎo)線上會(huì)因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓，即大氣過電壓（外過電壓）。這個(gè)電壓往往高出線路相電壓的2倍及以上，使線路絕緣遭受破壞而引起事故。當(dāng)雷擊線路時(shí)，巨大的雷電流在線路對(duì)地阻抗上產(chǎn)生很高的電位差，從而導(dǎo)致線路絕緣閃絡(luò)。雷擊不但危害線路本身的安全，而且雷電會(huì)沿導(dǎo)線迅速傳到變電站，防雷措施不良，則會(huì)造成站內(nèi)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①引起線路跳閘，影響正常供電。引起絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)線對(duì)地短路，工頻續(xù)流沿放電通道放電，在形成穩(wěn)定燃燒的電弧后，則繼電保護(hù)裝置將使斷路器跳閘，影響正常送電。②雷電波侵入變電站。侵入變電站，經(jīng)復(fù)雜的折反射后，造成電氣設(shè)備過電壓，危及設(shè)備絕緣，造成事故。

圖2 2009年全省110kV及以上線路跳閘分類

2 220kV架空線路防雷工作的重要性和線路防雷設(shè)計(jì)原則

2.1 220kV架空線路防雷工作的重要性

220kV架空線路往往延綿上百里，沿途經(jīng)過各種地形和氣候區(qū)域，一年四季暴露在大自然環(huán)境中，極易受到各種惡劣氣候的侵襲，特別是遭受雷擊非常頻繁。其重要性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①220kV架空線路具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，并且都是暴露在曠野中的，因而很容易受到雷電的危害；②雷電擊中線路之后會(huì)導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)，從而產(chǎn)生跳閘的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致供電中斷；③雷電擊中線路會(huì)產(chǎn)生過電壓，過電壓會(huì)沿著線路傳播從而對(duì)變電所和發(fā)電廠造成危害，最終導(dǎo)致變電站雷害事故。

2.2 線路防雷設(shè)計(jì)的選定原則

在進(jìn)行線路防雷設(shè)計(jì)的選擇中，需要按照以下兩個(gè)原則進(jìn)行：①提高耐雷水平，降低雷擊跳閘率，既避免線路因雷擊而頻繁跳閘，又不使線路防雷投資過于增加。②線路具體的防雷措施應(yīng)根據(jù)電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、雷電活動(dòng)強(qiáng)弱、地形地貌和土壤電阻率等條件，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后合理選定。

3 220kV架空線路防雷措施

3.1 架設(shè)避雷線

避雷線是高壓和超高壓輸電線路最基本的防雷措施，220kV宜全線架設(shè)雙避雷線；桿塔上兩根避雷線間的距離不應(yīng)超過導(dǎo)線與避雷線間垂直距離的5倍；避雷線可采用小間隙對(duì)地絕緣，以降低正常工作時(shí)避雷線中電流引起的附加損耗，同時(shí)可將避雷線兼作通信用。

3.2 降低桿塔接地電阻

將線路桿塔的接地電阻降低，可以降低塔頂端電壓，這樣可以使得反擊的產(chǎn)生幾率變低（見表1）。一般來說，桿塔的工頻接地電阻是10～30Ω。對(duì)于220kV的桿塔，如果高度是25.6m，采用的是雙避雷線，絕緣子按照13片XP-4.5計(jì)算，桿塔接地電阻取7Ω，根據(jù)相關(guān)公式和規(guī)法可得知：

表1 220kV線路耐雷水平與桿塔接地電阻的關(guān)系

如果接地電阻發(fā)生了一定的改變，那么桿塔的耐雷水平也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，見表2。根據(jù)表1和表2可以看出，如果接地電阻降低，那么線路耐雷水平就會(huì)增加，雷擊跳閘率就會(huì)相應(yīng)的降低。比如220kV線路接地電阻從10Ω電阻降低到5Ω，雷擊跳閘率可降低四十七點(diǎn)三個(gè)百分點(diǎn)。

表2 接地電阻對(duì)220kV線路桿塔耐雷水平及線路雷擊跳閘率的影響

3.3 架設(shè)耦合地線

對(duì)于220kV架空線路進(jìn)行耦合地線的架設(shè)可以具有以下兩個(gè)方面的作用：①可以對(duì)接地電阻進(jìn)行降低，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以得知該方法是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施之一。②可以作為一部分的架空地線，這樣不僅能夠可以為避雷線分流，還能夠起到避雷線的耦合作用。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在一個(gè)容易發(fā)生雷擊的桿塔地區(qū)進(jìn)行耦合地線的架設(shè)之后，十年來只發(fā)生過一起雷擊事故，顯著提高了線路的耐雷水平。

3.4 采用不平衡絕緣方式

在現(xiàn)代高壓及超高壓線路上，同桿架設(shè)的雙回路線路日益增多，對(duì)此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時(shí)，可考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時(shí)跳閘率，以保障線路的連續(xù)供電。不平衡絕緣的原則是使雙回路的絕緣子串片數(shù)有差異，這樣，雷擊時(shí)絕緣子串片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對(duì)另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了線路的耐雷水平使之不發(fā)生閃絡(luò)，保障了另一回路的連續(xù)供電。兩回路的絕緣子串片數(shù)有一定差異，差異宜為相電壓峰值的倍。作為一種補(bǔ)救措施，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。

3.5 裝設(shè)自動(dòng)重合閘和避雷器

雷擊造成的閃絡(luò)大多能在跳閘后自動(dòng)恢復(fù)絕緣性能，因此重合閘的成功率較高。我國(guó)110kV及以上高壓線路成功率為75～90%；35kV及以下線路約為50～80%。裝設(shè)管式避雷器和排氣式避雷器，管式避雷器僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。一般在線路交叉處和高桿塔上裝設(shè)排氣式避雷器以限制過電壓。

3.6 加強(qiáng)絕緣

增加絕緣子串中的片數(shù)，對(duì)于高桿塔采用增加絕緣子串片數(shù)的方法提高其防雷水平。全高超過40m的帶避雷線桿塔，每增加10m，增加一個(gè)絕緣子。還有改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等等，但有相當(dāng)大的局限性。一般優(yōu)先采用降低桿塔接地電阻的辦法來提高線路耐雷水平。

4 結(jié)語

綜上所述，220kV架空線路因其特點(diǎn)非常容易受到雷擊的危害。要想解決220kV架空線路雷害問題，必須根據(jù)實(shí)際情況，根據(jù)地區(qū)的不同，采取合理的防治對(duì)策。要認(rèn)真做調(diào)查，對(duì)不同地區(qū)的地理以及氣象進(jìn)行充分的了解，加強(qiáng)對(duì)線路耐雷水平的研究，采取一種或者多種防雷措施，保證220kV架空線路的安全，從而對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行進(jìn)行保證。

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TM863

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1004-7344（2016）03-0033-02

2016-1-11

李奉雷（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事高壓電力線路建設(shè)工作。