輸電線路雷擊跳閘分析和防雷措施

毛杰

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

【關鍵詞】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 關于雷擊現象的概述

雷電是在空氣中進行的一種宏偉的放電現象，雷電放電是由帶電荷的雷云引起的。大多數雷電放電發生在雷云之間，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生跳閘原因的雷電過電壓主要有以下幾種：

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

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上形成很高的電位，相應地在線路絕緣子串兩端（即導線和橫擔之間）產生較高的電位差，造成雷擊的線路跳閘故障。

（2）繞擊雷過電壓。當雷電繞過避雷線，即避雷線保護失效，直接擊在導線上，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）雷擊桿塔頂部發生閃絡并建立電弧；（2）雷繞過避雷線擊于導線發生閃絡并建立電弧。運行經驗證明，雷擊避雷線的檔距中間且與導線發生閃絡引起跳閘的情況是極罕見的，可不予考慮。雷繞擊導線時，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為超過雷繞擊導線時耐雷水平的雷電流概率；Pa為繞擊率（包括平原和山區）。擊桿率g與避雷線根數和地形有關，一般可采用表1所列數據。

3.2 線路反擊雷分析

3.3 線路繞擊雷分析

根據高壓線路的運行經驗、現場實測和模擬試驗均證明，雷電繞過避雷線直擊導線的概率與避雷線對邊導線的保護角、桿塔高度以及線路經過的地形、地貌和地質條件有關。平原和山區線路的繞擊率與保護角和桿塔高度的關系曲線見圖1， 圖中的繞擊率曲線也可用下式表示：

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

4 輸電線路防雷設計措施

4.1 加強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會。高塔落雷時塔頂電位高，感應過電壓大，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，加大大跨越檔導線與地線之間的距離，以加強線路絕緣。在35kV及以下的線路可采用瓷橫擔等沖擊閃絡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，來達到減小雷擊桿塔時的電位升高，這是配合架設避雷線所采取的一項有效措施。采取增加地埋接地體數量并進行深埋的措施，使沙地的桿塔接地電阻值達到了設計要求，對位于雷電活動區內的巖石基礎上的接地體不滿足設計標準情況和對于高電阻地區，還可以使用長效化學降阻劑，來達到降低接電電阻的目的。

4.3 增設耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時，可采用架設耦合地線的措施，即在導線下方再架設一條地線。它的作用主要有以下方面：（1）加強避雷線與導線間的耦合，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。運行經驗表明，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，當雷電流達到一定幅值，避雷器就會動作，大部分雷電流從避雷器流入導線，傳播到相鄰桿塔。這種分流的耦合作用使導線電位提高，避免絕緣子發生雷擊閃絡。而在正常的情況下，避雷器恢復到正常的工作狀態，從而提高系統的可靠性。線路避雷器主要應用于位于山區、海邊等空曠易擊點桿塔。在雷擊跳閘比較頻繁的易擊點安裝線路型避雷器，降低雷電易擊點雷擊跳閘次數的效果比較明顯，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，即帶串聯間隙和無串聯間隙，因運行方式不同和電站避雷器相比在結構設計上也有所區別。線路避雷器安裝時應注意：（1）選擇多雷區且易遭雷擊的輸電線路桿塔，最好在兩側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）避雷器應順桿塔單獨敷設接地線，其截面不小于25 mm2，盡量減小接地電阻的影響。投運后進行必要的維護：（1）結合停電定期測量絕緣電阻，歷年結果不應明顯變化；（2）檢查并記錄計數器的動作情況；（3）對其緊固件進行擰緊，防止松動；（4）5 a拆回，進行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 裝設自動重合閘

雷擊故障約90%以上是瞬時故障，所以應在變電站（所）裝設自動重合閘裝置，以便及時恢復送電。據統計，我國110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達57～95%，35kV及以下線路為50～80%。因此按規程要求“各級電壓線路應盡量裝設三相或單相重合閘”。同時明確強調“高土壤電阻率地區的送電線路必須裝設自動重合閘裝置”。裝設自動重合閘裝置是防雷保護的有效措施之一。

當然，任何防雷的方法都會有普遍適應性和個體特殊性，在線路防雷中運用什么樣的方法，不可強行照搬，還須因地制宜，綜合防治，要根據實際情況選用最恰當的方法。

5 結論

高壓輸電線路遭受雷擊的事故主要與四個因素有關：線路絕緣子的50%放電電壓；有無架空地線；雷電流強度；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，在進行高壓輸電線路設計時，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，結合原有輸電線路運行經驗以及系統運行方式等，通過比較選取合理的防雷設計，提高輸電線路的耐雷水平，來達到架空輸電線路的安全穩定運行。

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[責任編輯：曹明明]