超高壓輸電線路雷電繞擊及防雷

燕列將 董浩輝 楊 蒙

國網山西省電力公司檢修分公司

超高壓輸電線路雷電繞擊及防雷

燕列將 董浩輝 楊 蒙

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雷電是影響輸電線路可靠性的首要因素，在我國，超高壓輸電線路雷擊事故占線路總跳閘事故40%～70。運行經驗表明，對于500kV以下電壓等級的輸電線路，線路雷擊事故以雷擊桿塔及避雷線引起的反擊為主；而對于500kV及以上的超高壓、特高壓輸電線路，繞擊是造成雷擊跳閘的主要原因，因此，如何有效提高超高壓輸電線路的防繞擊性能，對電力系統安全穩定運行具有非常重要的意義。本文以超高壓輸電線路雷擊故障為實例，分析超高壓輸電線路繞擊的可能性，并結合目前的防雷措施，提出超高壓輸電線路切實可行的防繞擊策略。

超高壓；輸電線路；防繞擊

架空輸電線路的距離往往很長，通過各種復雜得地形和氣候區域，終年暴露于自然環境中，極易受到各種惡劣天氣條件下的影響，特別是被雷電擊中的非常頻繁。避雷線是超高壓輸電線路最基本的防雷措施，具有以下特點：(1)防止雷電直接擊中輸電線；(2)雷電擊中桿塔頂部時，對雷電流具有分流的作用，可以使流入桿塔的雷電流減少，并降低桿塔頂部的電位；(3)可以耦合輸電線，減小雷電擊中桿塔時塔頭絕緣的電壓；(4)可以屏蔽輸電線，減小輸電線上的感應過電壓。

1 實際情況分析

1.1 事故情況

2015年6月13日，在某地的雷雨天氣中，某地電網跳閘重合成功，我們測得一系列數據，在當日15：45-15：55，天瓶6709線周圍一共測得15個落雷電，得出落雷數據，我們根據落雷的地點結合當地地勢繪制了雷電分布圖，經當地實時調查，我們發現天瓶6709線#13塔附近有將要發生故障的趨勢。

1.2 數據計算

當前在超高壓輸電線路繞擊問題中，我們常用電氣幾何模型進行分析。傳統的電氣幾何模型相對理想化，并沒有考慮其他因素對于模型中所需數據的影響。研究發現，如果超高壓線路桿塔高度較高，則先導對于地面、避雷針和電線的擊距是不相同的。隨著雷電的強度增大，先導對于上述所說的三種物體擊距都會呈不同程度的增大。在對模型數據進行處理時，桿塔高度、保護角、山坡傾角都是影響臨界擊距的主要因素，其中，桿塔高度與臨界擊角呈正相關，桿塔越高，臨界擊角越大；保護角和山坡傾角與臨界擊距呈負相關，保護角和山坡傾角越大，臨界擊距越小。關于臨界電流，我們采用國際推薦的臨界電流公式進行計算，由此算出當臨界電流大于59.78kA時，雷電將不會發生繞擊。除此之外，我們還驗證了桿塔的耐雷水平，結合當地測得數據，得出：當電流大于117.36kA時，雷電會發生反擊。

1.3 故障分析

根據分析13塔的相關數據，計算出當雷電電流在17.4～59.7kA時，雷電會發生繞擊，當雷電電流大于117.36時雷電會發生反擊。根據當地雷電調查顯示，在#15-#17塔之間，落雷電較多，相對密度較大，共有3個落雷電滿足發生雷電繞擊的條件，但沒有滿足反擊條件。發生故障的塔桿電阻小，所在地點相對地勢較高，斜度較大，具備相應的雷電繞擊特征，故因此得出，6709線#13塔的故障是因為雷電繞擊引起的。

2 防雷措施

影響雷擊跳閘的主要因素有地閃密度、雷電流幅值、線路保護角、線路絕緣水平、桿塔高度、桿塔接地電阻、地面傾角、地形地貌等。通過有效的防護措施來減小部分因素對線路雷擊跳閘的影響是一種有效的防護手段。目前應用于超高壓架空線路的雷電防護措施主要有：1)減小線路保護角；2)降低桿塔接地電阻；3)提高線路絕緣水平；4)加裝保護間隙；5)架設耦合地線；6)架設旁路地線；7)安裝避雷針；8)加裝線路金屬氧化物避雷器。這些防雷保護措施各有特點，應根據天瓶5406線的雷害特征和防護策略選擇有針對性的措施。

2.1 降低接地電阻

降低接地電阻可以有效地阻止電路反擊，減少雷電天氣事故的發生。相比于減少保護角，降低接地電阻更容易實施，方法也更為簡單快捷。降低接地電阻的方法有很多，例如可以增大接地網面積，接地網面積與接地電阻成反比，當接地網面積增大，接地電阻就可以有效減小；還可以人工的改善電阻率，在高電阻率地區，人工的將電阻率減小，可以間接地減少接地電阻；我們更可以利用設施中的鋼筋等金屬，有效的減少接地電阻。

2.2 架設耦合地線

架設耦合地線是超高壓輸電線路防雷的基本措施之一，在受雷電打擊嚴重的線路中，桿塔接地電阻并不足以保護線路，而改善接地電阻也有一定的困難，這時我們應該架設耦合地線。耦合地線可以起到分流作用，從而減低了電壓，減少了雷電的繞擊次數。但是架設耦合地線的過程十分繁瑣，在架設之前，我們需要反復測量塔桿高度、架設耦合地線所需距離等，而且實施起來相對復雜，受到各方面條件的制約，增加了工作負擔。架設的過程中可能還會砍伐樹木，破壞了環境。

2.3 安裝避雷針

防繞擊避雷針是一種結構特殊的避雷結構，在超高壓線路上進行安裝可防止雷電繞擊而引起事故發生。該項技術結構先進、性能穩定、運行快速安全、安裝方便并且使用壽命長，減少了雷電天氣的跳閘現象，對超高壓線路的安全運行有了很大的保障。無論從經濟角度，還是從產品的實用性，防繞擊避雷針都有一定的可行性。

2.4 加裝保護間隙

保護間隙的作用主要是發生雷擊時，保護間隙通過電弧閃絡來保護絕緣子不受損壞，可以降低線路的雷擊事故率。對于現有線路，安裝并聯間隙會短接部分絕緣子，從而造成線路絕緣水平降低，反而導致雷擊跳閘率增大。在電網雷擊跳閘率較高的情況下，不宜簡單大范圍推廣，故暫不考慮該項措施。

綜上所述所，目前，電網有多條超高壓輸電線路進行了防雷的技術改造，解決線路的繞擊問題，主要措施就是安裝線路避雷器和可控放電避雷針，從而達到降低繞擊跳閘概率，并取得了良好的實效。

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[2]胡守松，柏曉路，馬凌，王洪剛，夏峰.超高壓輸電線路雷電繞擊探討[J].陜西電力，2013，03：52-55.

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