架空輸電線路雷擊跳閘故障及防范措施1

黃珅 王傳雙

摘要：配網防雷技術是一門復雜而嚴峻的技術，無論是所處環境還是自身結構的復雜多變。雖然配網防雷技術從主網移植了各種防雷措施，但是簡單的移植所產生的防雷效果優劣不一，因此在原有的防雷措施基礎上需轉變思路，突破配網線路設計的限制，改善配網無法防雷電小電流以及絕緣水平低等缺點。

關鍵詞：架空線路;雷擊跳閘;故障分析;防范措施

一、雷擊對于輸電線路的危害

一般而言，不同的雷擊類型對應著不同的線路故障，例如，多相故障大部分由雷電直擊造成，一次跳閘導致連續桿塔出現閃絡或者三角排列的上相導線及水平排列的中相導線故障多是由反擊造成的，繞擊則通常只會造成單相故障。雷擊故障對于輸電線路的危害非常大，對于35kV及以下輸電線路而言，一旦遭受雷擊，不僅可能導致線路跳閘、設備損壞以及絕緣子閃絡等，還可能對周邊居民的生命財產安全造成嚴重的威脅。若輸電線路處于山地、林區等交通不便地區，一旦發生雷擊事故，會嚴重影響線路巡視和故障查找的效率。不僅如此，雷擊往往伴隨著大風、驟雨等惡劣天氣，易造成樹木折斷，導致線纜被壓斷，引發短路、斷線、倒桿等事故，如果不能及時有效的對其進行處理，造成的損失難以估量。

二、配網雷擊跳閘率高分析

根據相關國標和行業標準規定的配網輸電線路絕緣水平較低，只能滿足常規的安全輸電，而對雷電流這樣的大電流、過電壓幾乎沒有防御能力。通常情況，5～7kA的雷電流即可造成輸電線路跳閘，因此雷電流幅值在40kA以下的大概率分布是造成配網雷擊跳閘率高的直接原因。高壓線路容易遭受雷擊事故主要有四個因素：①線路絕緣子的50%放電電壓;②有無架空接地線;③雷電流強度;④桿塔的接地電阻。高壓線路各種防雷措施都有針對性，因此，在進行高壓送電線設計時，應防止高壓線跳閘現象。根據高壓線路運行經驗、現場測試等現象設定適合當地的避雷措施。由于地區不同，避雷方式也不同，有些地區線路耐雷擊較弱，需根據具體情況而定。

輸電線路雷擊跳閘是因為雷電擊中輸電線路后，基于輸電線路或桿塔的等效阻抗產生的過電壓而保護電力設備的斷路動作。根據相關研究輸電線路的等效阻抗遠遠大于桿塔的等效阻抗，因此雷電繞擊對輸電線路的過電壓危害也遠遠大于直擊雷的危害。而配網輸電線路通常沒有鋪設避雷線，小電流地閃先導發展隨機性較強，擊中輸電線路的概率較大，因此在配網低絕緣水平下擊中導線的雷電流能輕松造成線路跳閘。另外可人為控制地造成雷擊過電壓高的因素是接地電阻。雷電流無論從何處擊中輸電線路都要通過線路的接地而泄放到大地，因此接地電阻的大小也是決定雷擊跳閘率高的主要因素之一。

綜上所述，影響配網雷擊跳閘率高的原因主要有三點：①由于成本和施工量的原因，沒有防雷擊輸電線的措施;②國標和行標的限制，配網輸電線路絕緣水平低;③配網線路全線接地電阻的大小。

三、防雷措施與對策分析

根據電網運行經驗，雷擊重合不成一直是引發35kV及以下線路故障停運的主要原因。采取有效的防護措施來提高線路防雷性能是控制雷擊故障率的關鍵。目前，常用的防雷措施總體上有“疏”與“堵”兩大類方式。

3.1“堵塞型”防雷措施

①減小地線保護角。為降低線路雷電繞擊跳閘率，新建雙回路垂直排列線路桿塔全高超過40m時，架空地線對各相線的最大保護角應從現行設計的20°左右降低到5°以下;35kV采用同塔多回路線路和大跨越塔應進一步降低架空地線對各相線的保護角應不大于0°。②架設旁路架空地線。架設旁路架空地線可有效防止輸電線路的側面來雷繞擊導線的情況。這種措施對于側面來雷的情況效果非常好，如在山坡外側架設旁路架空地線，則可攔截從側面過來繞擊。③增加復合絕緣子長度。考慮到復合絕緣子在電網的巨大使用量，為降低雷擊閃絡故障，對于多雷、強雷區新建線路以及塔窗口尺寸允許的老舊線路，應選用干弧距離較長的復合絕緣子，并在兩端加裝均壓環。④安裝塔頭側向避雷針。塔頭側向避雷針可安裝在較易遭受繞擊導線相所在橫擔上，如雙回路桿塔中相橫擔、四回混壓線路下層雙回路的長橫擔上。側向避雷針的保護范圍為15～20m，線路實際運行經驗表明，繞擊多發生于桿塔兩側約30m范圍內，因此側向避雷針保護范圍可達50%以上。⑤安裝可控放電避雷針。由于線路弧垂使中間段保護角小于近桿塔段，加之桿塔位置也較高，繞擊多發生在近桿塔段。可控放電避雷針主要用于山區保護易受雷電繞擊的桿塔，但對于檔距中央的保護有限。

3.2“疏導型”防雷措施

除采用“堵塞型”方法來降低線路的雷擊跳閘率外，還可采取“疏導型”辦法，即適當降低輸電線路的耐雷水平。通過定位雷擊閃絡和疏導工頻電弧保護絕緣子串，以提高重合閘的成功率，不造成雷擊停運故障。①加裝絕緣子串并聯間隙。采用保護間隙裝置與絕緣子串并聯，其距離小于絕緣子串的干弧距離。架空線路遭受雷擊時，保護間隙因雷電沖擊放電電壓低于絕緣子串的放電電壓首先放電，并將接續的工頻電弧引至間隙端部，從而保護絕緣子免于電弧灼燒。應當注意的是，絕緣子串并聯間隙不適用于220kV及以上線路耐張塔，推薦在同塔多回線路使用，選擇雷害風險較高的一回線進行安裝。②安裝線路型氧化鋅避雷器。線路型氧化鋅避雷器可以使輸電線路的繞、反擊耐雷水平得到大幅度提高，顯著降低35kV及以下輸電線路的繞擊跳閘率。由于單支避雷器僅能保護安裝相，綜合考慮技術經濟性，可在配電網核心骨干網架等一級負荷段、過江大跨越、轉角塔、高塔、山區、接地電阻大及其他雷擊風險較高的重要線路的易擊相安裝線路避雷器。

四、配網防雷方案建議

由于架空配網線路防雷工作的特殊性，需要有針對性地考慮配網線路的結構特點和環境特點而采取適合的防雷措施，規避某些措施所帶來的負面影響。配網防雷工作重點總結為三點：防雷擊過電壓、提高線路絕緣水平和提供良好泄放通道。防雷擊過電壓就是要防止線路絕緣子閃絡產生工頻續流從而跳閘或斷線，良好品質的避雷器和良好的接地條件能夠有效地泄放雷電流，防雷擊過電壓。同時近年來也涌現出一種叫波阻式防雷設備，這種設備不但能夠提供良好的泄放通道，而且通過波阻器件在雷電流到達絕緣裝置前進行削峰降陡，減小雷電流的危害。

架空配網防雷其中一個重要因素需突破配網線路設計的桎梏，大幅提高絕緣水平。在有限的空間進行增加絕緣子片數和使用絕緣導線的措施不能普遍的解決問題，并且提升絕緣水平幅度有限。另外可以在有限的空間上創造出更多空間，通過改造桿塔本身結構，例如用絕緣橫擔替代金屬橫擔，從而加大電氣絕緣距離，提高絕緣水平。對重點防護區域采用集合式產品進行綜合改造，一方面大幅度提高防雷效果，另一方面杜絕了不同防雷設備生產質量優劣不一和設備簡單疊加等缺點。

五、結束語

線路雷擊跳閘對電網穩定運行影響巨大。隨著電網建設發展和通道及電磁環境相關要求的變化，35kV及以下線路桿塔的高度和同桿架設數量不斷增加，總體防雷性能呈現下降趨勢。因此線路運行維護部門應積極開展線路雷害風險評估，有針對性地才采取“疏”與“堵”相結合的防雷改造措施，降低線路雷擊跳閘率，提高雷雨季節供電可靠性。

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