220kV輸電線路雷擊跳閘故障及對策

安朝軍（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

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220kV輸電線路雷擊跳閘故障及對策

安朝軍（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求越來越大，為此國家大力建設高壓輸電網(wǎng)絡以解決日益增長的電力需求。然而，作為電力輸送最主要的220kV高壓輸電線路經(jīng)常遭受雷擊，而電壓等級相對較小的低壓輸電線路不易出現(xiàn)雷擊問題。一旦220kV遭受雷擊，不僅嚴重影響電力系統(tǒng)正常運行，而且給人們的生產(chǎn)、生活帶來諸多不便。本文主要分析了220kV輸電線路雷擊產(chǎn)生的原因，進而論述了現(xiàn)有的防護方法，最后給出了相應的對策。希望本文能為從事相關(guān)工作的人員提供一定的指導和幫助。

高壓輸電網(wǎng)絡；220kV輸電線路；低壓輸電線路

引言

近年來，隨著我國電力需求的增加，國家電網(wǎng)不斷進行改革，在電網(wǎng)運行環(huán)節(jié)各種新設備和新技術(shù)得到了應用。如避雷線的使用，避雷線是輸電線路十分重要的防護措施，它主要有以下四種的作用：①能防止雷電直接擊中線路。②對雷擊電流產(chǎn)生分流作用，使流入桿塔中的雷電流電流降低，有效降低頂端電位。③會對連接導線產(chǎn)生耦合作用，使桿塔塔頭絕緣層上電壓降低。④對輸電線路有屏蔽作用，使導線上的感應電壓下降。從220kV輸電線路來說，對其安全運行制定了非常多的規(guī)章規(guī)范，這些改革發(fā)揮了重要作用。特別是在夏季雷電高發(fā)時段，新技術(shù)與新設備的使用有效的減少了了雷擊事故的發(fā)生，但是仍然無法從根本上避免雷擊事件的發(fā)生。表1是某地區(qū)甲、乙，220kV受雷擊跳閘情況表格。

表1　

1　220kV高壓線路雷擊跳閘原因

1.1直擊雷

對運行的110kV線路危害最嚴重的就是直擊雷。通常情況下，直擊雷有兩種表現(xiàn)形式即反擊和繞擊。具體的表現(xiàn)特點是：反擊雷的雷電流的幅值很大，大致在90kA左右，多發(fā)生在三相線路上，對接地電阻要求高。繞擊雷的電流幅值與直擊雷相比較小，一般為15kA，上坡頂端位置極容易發(fā)生繞雷擊故障。桿塔的高度和所在地面的坡度與雷擊率緊密相關(guān)，隨著坡度的不斷增加，線路的暴露程度逐漸增大，致使線路缺乏應有的屏蔽，使線路更加容易被擊中。從某地區(qū)2010年線路遭受雷擊跳閘的情況分析，四次跳閘情況均發(fā)生在山頂處。通過2010年新建投運的4次雷擊跳閘情況，雷擊跳閘情況都非常典型，全部在山頂位置。由于輸電線路本質(zhì)上具有良好的導電作用，因此極容易遭受雷擊。

1.2架空電線感應起電情況

在雷電形成階段，在220kV輸電線路側(cè)將會因雷云的存在而出現(xiàn)靜電現(xiàn)象。因此，在雷云開始放電時，會使架空線路產(chǎn)生數(shù)千伏的感應電壓，這將嚴重影響高壓電線的運行。

1.3雷害的形成過程

雷擊對輸電線路形成危害一般包括以下幾個步驟：①高壓線路遭受雷電擊中，瞬間產(chǎn)生較高的電壓；②高壓輸電線路形成閃絡；③高壓線路產(chǎn)生較穩(wěn)定的電壓；④高壓線路斷路器發(fā)生故障，導致供電終止。

2　220kV線路防雷措施

2.1初步的防護建議

對于一般的桿塔而言，線路承受雷擊的水平與下述幾種原因相關(guān)：①絕緣子有一半的放電電壓。②是否有架空地線。③雷擊的強度。④桿塔處的接地阻抗。提高220kV輸電線路承受雷擊的能力可適當減少接地電阻并采用架空地線。現(xiàn)階段采用避雷線方法已經(jīng)十分成熟，想要更加完善技術(shù)似乎已經(jīng)變得越來越難，因此必須重視避雷器的選用。線路保護絕緣子串與避雷器的選擇相輔相成，二者協(xié)同工作能夠發(fā)揮較理想的防雷效果。有關(guān)部門的研究表明為了確保絕緣子串與避雷器防護安全系數(shù)在99%的水平，需要將雷電的沖擊系數(shù)設定為1.5。因此，避雷器型號的選定是需要綜合各方面的技術(shù)指標，最重要的一點就是協(xié)調(diào)好所用避雷器與絕緣子之間的搭配。

2.2目前的常用的防雷措施

由于雷擊會給220kV輸電線路的安全運行帶來嚴重威脅，多年來線路的防雷措施一直在更新變化。現(xiàn)階段應用比較成熟的有以下幾種：①裝設避雷線或避雷針等裝置。使用這些設備的目的是防范線路遭受雷擊，并且在線路遭受雷擊時能有效降低雷電產(chǎn)生的雷電流，避雷針的工作原理主要是應用尖端放電，使雷云產(chǎn)生的電荷及時送入地球表面，這樣電荷就會減少，從而避免大量電荷積聚而出現(xiàn)嚴重的雷擊事故，從而保護220kV線路設備。與此同時，當雷擊發(fā)生以后，避雷針還能夠成為雷電流的釋放通道，從而使雷電流入土層，避免強電流對線路設備產(chǎn)生危害。避雷線的作用主要是防止導線被直接擊中，通常將避雷線裝設在導線上方，不僅可以起到遮蔽線路的作用，而且可以通過桿塔和接地裝置，為雷電流提供通道，避免過高的電流對導線產(chǎn)生危害。②降低桿塔的臨界接地電阻。這種方法主要是降低閃絡現(xiàn)象的出現(xiàn)概率。③降低絕緣子上的電壓大小。這種做法主要是為了防止閃絡變化為電弧，使系統(tǒng)的運行產(chǎn)生故障，嚴重的會引起斷路器跳閘。④運用雙回路供電方案。這種方法本身并不算是防雷的方法，只是線路安全供電的一種備用方法，其主要作用是當雷電擊中其中一條線路而使該線路發(fā)生斷路，通過另外一條回路保證正常的供電。

2.3220kV高壓輸電線路的防雷措施

本文分析了雷電發(fā)生的四個不同的階段，為此可以根據(jù)這個步驟采取相應的線路防護措施，這將有助于提升輸電網(wǎng)的安全運行。當雷電擊中線路時，通常會出現(xiàn)較強的雷擊電流，因此適當?shù)念A留出線路的保護距離顯得十分有必要。為了增加導線的絕緣性，可以適當變換絕緣材料，對那些經(jīng)常受雷擊的地區(qū)，可選用絕緣性能好的材料制成絕緣子，從而增強線路的耐雷水平，為整個電網(wǎng)的安全運行提供保證。另外，適當降低220kV接地導線電阻可以有效的降低雷擊事故的發(fā)生。具體的辦法就是不斷增加線路接地數(shù)量并將線路埋深、在線路周圍替換那些電阻率較低的土壤，只有認識到雷擊發(fā)生的整個過程，從各個方面逐步入手，才能從根本上降低不安全因素的發(fā)生。

3　線路型避雷器在220kV輸電線路防雷中的應用

3.1采用線路型避雷器后雷擊桿塔時線路的過電壓

避雷器的主要作用就是提高線路的安全運行，當雷擊發(fā)生后，避雷器可以顯著降低閃絡與跳閘事故的發(fā)生。避雷器的安裝是可以提升桿塔的過電壓，使該電壓值大于絕緣子串處的感應電壓。這樣就能夠?qū)⒗纂娏骷皶r的傳送到地面，對220kV的輸電線路產(chǎn)生保護作用。根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗表明這種方法能夠達到較為理想的保護效果，另外，在實際應用中還可以組合將多種避雷裝置共同使用，這樣的避雷效果會更好。

3.2桿塔沖擊接地電阻對耐雷水平的影響

經(jīng)過實驗可以得出，當輸電線路中沒有安裝避雷器時，若桿塔接地電阻較大，桿塔承受雷擊的水平十分低；當接地電阻比較小時，線路承受雷擊的水平比較高。

3.3不同線路安裝線路型避雷器后耐雷水平的變化

線路一旦遭受雷擊后，雷擊電流就會沿著輸電線路一直傳播。雷電流從一個桿塔傳送到另外一個輸電塔時需要經(jīng)過一段時間，為此可以得出相鄰兩個桿塔的距離與安裝避雷器后線路的防雷水平密切相關(guān)。通過實驗可以得到，輸電線路的承受雷擊的程度會隨著相鄰桿塔距離的增加而先降低后提升。出現(xiàn)這種問題的原因是當相鄰桿塔距離較近時，安裝避雷器的線路殘壓略低于絕緣子串處電壓，此時線路的承受雷擊水平比較高。當桿塔之間的距離達到某一值后，雷電流會出現(xiàn)分流，使絕緣子串上的電壓升高，這時220kV輸電線路的承受雷擊水平偏低。

4　結(jié)束語

220kV輸電線路對整個電網(wǎng)供電具有十分重要的地位，為此當線路遭受雷擊后，在雷電流與工頻電流雙重作用下會給配套的防護與運行設備產(chǎn)生危害。為此，需要根據(jù)線路實際所處的環(huán)境，制定出合理的防雷措施。總之，要全面避免雷擊導致線路發(fā)生跳閘的故障就必須對整條線路的工作狀況進行合理的評判，即不同的輸電線路采取不同的防雷措施，降低線路接地電阻并做好日常的巡視和防護工作，在巡視過程中一旦發(fā)現(xiàn)有不穩(wěn)定或不安全因素應該及時向有關(guān)部門進行反映，使問題得到很好的解決。本文提出了一些220kV輸電線路實際的防雷方法，這些方法對輸電網(wǎng)的安全運行工作產(chǎn)生了一定的積極意義。

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［3］唐 睿，張錫泉.架空輸電線路雷害分析及措施［J］.農(nóng)村電氣化，2015 （S1）：29～30.

安朝軍（1983-），男，土家族，工程師，大學本科，主要從事高壓輸電線路設計工作。

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2095-2066（2016）16-0066-02

2016-5-18