超高壓輸電線路雷電繞擊及防雷

燕列將 董浩輝 楊 蒙

國網(wǎng)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

國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司

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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于500kV以下電壓等級(jí)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(duì)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(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(shí)例，分析超高壓輸電線路繞擊的可能性，并結(jié)合目前的防雷措施，提出超高壓輸電線路切實(shí)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(fù)雜得地形和氣候區(qū)域，終年暴露于自然環(huán)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(diǎn)：(1)防止雷電直接擊中輸電線；(2)雷電擊中桿塔頂部時(shí)，對(duì)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(shí)塔頭絕緣的電壓；(4)可以屏蔽輸電線，減小輸電線上的感應(yīng)過電壓。

1 實(shí)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(wǎng)跳閘重合成功，我們測得一系列數(shù)據(jù)，在當(dāng)日15：45-15：55，天瓶6709線周圍一共測得15個(gè)落雷電，得出落雷數(shù)據(jù)，我們根據(jù)落雷的地點(diǎn)結(jié)合當(dāng)?shù)氐貏?shì)繪制了雷電分布圖，經(jīng)當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)天瓶6709線#13塔附近有將要發(fā)生故障的趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)計(jì)算

當(dāng)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(jìn)行分析。傳統(tǒng)的電氣幾何模型相對(duì)理想化，并沒有考慮其他因素對(duì)于模型中所需數(shù)據(jù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，如果超高壓線路桿塔高度較高，則先導(dǎo)對(duì)于地面、避雷針和電線的擊距是不相同的。隨著雷電的強(qiáng)度增大，先導(dǎo)對(duì)于上述所說的三種物體擊距都會(huì)呈不同程度的增大。在對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，桿塔高度、保護(hù)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(guān)，桿塔越高，臨界擊角越大；保護(hù)角和山坡傾角與臨界擊距呈負(fù)相關(guān)，保護(hù)角和山坡傾角越大，臨界擊距越小。關(guān)于臨界電流，我們采用國際推薦的臨界電流公式進(jìn)行計(jì)算，由此算出當(dāng)臨界電流大于59.78kA時(shí)，雷電將不會(huì)發(fā)生繞擊。除此之外，我們還驗(yàn)證了桿塔的耐雷水平，結(jié)合當(dāng)?shù)販y得數(shù)據(jù)，得出：當(dāng)電流大于117.36kA時(shí)，雷電會(huì)發(fā)生反擊。

1.3 故障分析

根據(jù)分析13塔的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)雷電電流在17.4～59.7kA時(shí)，雷電會(huì)發(fā)生繞擊，當(dāng)雷電電流大于117.36時(shí)雷電會(huì)發(fā)生反擊。根據(jù)當(dāng)?shù)乩纂娬{(diào)查顯示，在#15-#17塔之間，落雷電較多，相對(duì)密度較大，共有3個(gè)落雷電滿足發(fā)生雷電繞擊的條件，但沒有滿足反擊條件。發(fā)生故障的塔桿電阻小，所在地點(diǎn)相對(duì)地勢(shì)較高，斜度較大，具備相應(yīng)的雷電繞擊特征，故因此得出，6709線#13塔的故障是因?yàn)槔纂娎@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(hù)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(hù)措施來減小部分因素對(duì)線路雷擊跳閘的影響是一種有效的防護(hù)手段。目前應(yīng)用于超高壓架空線路的雷電防護(hù)措施主要有：1)減小線路保護(hù)角；2)降低桿塔接地電阻；3)提高線路絕緣水平；4)加裝保護(hù)間隙；5)架設(shè)耦合地線；6)架設(shè)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(hù)措施各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)天瓶5406線的雷害特征和防護(hù)策略選擇有針對(duì)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(fā)生。相比于減少保護(hù)角，降低接地電阻更容易實(shí)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(wǎng)面積，接地網(wǎng)面積與接地電阻成反比，當(dāng)接地網(wǎng)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(qū)，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(shè)施中的鋼筋等金屬，有效的減少接地電阻。

2.2 架設(shè)耦合地線

架設(shè)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(yán)重的線路中，桿塔接地電阻并不足以保護(hù)線路，而改善接地電阻也有一定的困難，這時(shí)我們應(yīng)該架設(shè)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(shù)。但是架設(shè)耦合地線的過程十分繁瑣，在架設(shè)之前，我們需要反復(fù)測量塔桿高度、架設(shè)耦合地線所需距離等，而且實(shí)施起來相對(duì)復(fù)雜，受到各方面條件的制約，增加了工作負(fù)擔(dān)。架設(shè)的過程中可能還會(huì)砍伐樹木，破壞了環(huán)境。

2.3 安裝避雷針

防繞擊避雷針是一種結(jié)構(gòu)特殊的避雷結(jié)構(gòu)，在超高壓線路上進(jìn)行安裝可防止雷電繞擊而引起事故發(fā)生。該項(xiàng)技術(shù)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、運(yùn)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(xiàn)象，對(duì)超高壓線路的安全運(yùn)行有了很大的保障。無論從經(jīng)濟(jì)角度，還是從產(chǎn)品的實(shí)用性，防繞擊避雷針都有一定的可行性。

2.4 加裝保護(hù)間隙

保護(hù)間隙的作用主要是發(fā)生雷擊時(shí)，保護(hù)間隙通過電弧閃絡(luò)來保護(hù)絕緣子不受損壞，可以降低線路的雷擊事故率。對(duì)于現(xiàn)有線路，安裝并聯(lián)間隙會(huì)短接部分絕緣子，從而造成線路絕緣水平降低，反而導(dǎo)致雷擊跳閘率增大。在電網(wǎng)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(xiàng)措施。

綜上所述所，目前，電網(wǎng)有多條超高壓輸電線路進(jìn)行了防雷的技術(shù)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(dá)到降低繞擊跳閘概率，并取得了良好的實(shí)效。

[1]龐曉峰.超高壓輸電線路雷電繞擊問題探析[J].科協(xié)論壇(下半月)，2012，12：23-24.

[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.

[3]李如虎.輸電線路雷電繞擊及其防雷研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，01：53-57.