超高压输电线路雷电绕击及防雷分析王政伟

超高压输电线路雷电绕击及防雷分析王政伟

王政伟

(国网河北省电力有限公司检修分公司河北石家庄050000)

摘要：雷电原本就是约束超高压输电工作安全和可靠性的核心因素，毕竟借由其引发的线路故障，已经占据事故总体数量的6成，尤其是在500kV以下电压等级的输电线路之中，雷击隐患将细化为由由雷电流直击铁塔、避雷线引发的反击雷，以及绕过避雷线的绕击雷两种类型。相比之下，在500kV以上的超特高压输电线路之中，雷电绕击导致的跳闸几率非常之高，因此可以被理解为限制超高压输电线路正常工作结果的核心因素。所以说，今后处理超高压输电防雷工作的重点，便是全面遏制雷电绕击隐患，提升防绕击能效，该类结果对于今后我国电力系统整体运行安全稳定性，有着决定性意义。

关键词：超高压;输电线路;雷电绕击;防雷措施

1雷电绕击的内涵机理

输电线路之上的避雷线存在意义，就是将线路上的雷电转接到自身，同时凭借自身独特的抗雷优势条件，进行输电线路安全稳定性维护，该类防雷方式在我国应用频率相对最高，不过避雷线的防护功能并不是一直那么理想，特殊状况下雷电会顺势绕过该类引导媒介，而令雷电本身的负面效应直接向输电线路传输并发生作用，衍生出线路故障，这就是所谓的雷电绕击问题。而该类事故滋生的几率便是绕击率Pa，其和保护角度a数值有着紧密关联，一旦说保护角度数值减小，同步状况下绕击率也就随着变小;而当该类角度维持在特定数值范畴基础上，如若输电线路h发生增高现象，当下绕击率同样会顺势增大，而另外一类影响因素便是所处地形地貌状况。透过实践调研对比发现，山区线路雷电绕击率大约超过平地线路的3倍，可以理解为其保护角度增大了8度。

2事例分析

①事故情况。2011年6月13日，在某地的雷雨天气中，某地电网跳闸重合成功，我们测得一系列数据，在当日15∶45-15∶55，天瓶6709线周围一共测得15个落雷电，得出落雷数据，我们根据落雷的地点结合当地地势绘制了雷电分布图，经当地实时调查，我们发现天瓶6709线#13塔附近有将要发生故障的趋势。

②数据计算。当前在超高压输电线路绕击问题中，我们常用电气几何模型进行分析。传统的电气几何模型相对理想化，并没有考虑其他因素对于模型中所需数据的影响。研究发现，如果超高压线路杆塔高度较高，则先导对于地面、避雷针和电线的击距是不相同的。随着雷电的强度增大，先导对于上述所说的三种物体击距都会呈不同程度的增大。在对模型数据进行处理时，杆塔高度、保护角、山坡倾角都是影响临界击距的主要因素，其中，杆塔高度与临界击角呈正相关，杆塔越高，临界击角越大；保护角和山坡倾角与临界击距呈负相关，保护角和山坡倾角越大，临界击距越小。关于临界电流，我们采用国际推荐的临界电流公式进行计算，由此算出当临界电流大于59.78kA时，雷电将不会发生绕击。除此之外，我们还验证了杆塔的耐雷水平，结合当地测得数据，得出：当电流大于117.36kA时，雷电会发生反击。

③故障分析。根据分析13塔的相关数据，计算出当雷电电流在17.4~59.7kA时，雷电会发生绕击，当雷电电流大于117.36时雷电会发生反击。根据当地雷电调查显示，在#15-#17塔之间，落雷电较多，相对密度较大，共有3个落雷电满足发生雷电绕击的条件，但没有满足反击条件。发生故障的塔杆电阻小，所在地点相对地势较高，斜度较大，具备相应的雷电绕击特征，故因此得出，6709线#13塔的故障是因为雷电绕击引起的。

3防雷措施分析

3.1减小保护角

随着线路保护角的逐渐减小，线路的绕击率呈下降趋势，减小保护角是降低绕击跳闸率比较有效的方法。但是对于已建线路，改变线路保护角可行性较差，并且对于山区地面倾角较大的杆塔，由于受塔头设计的限制保护角不可能大幅度降低，应采取其它有效的绕击防护措施，对于天瓶5406线，其保护角已在5.5°以下，减小保护角技术经济性不高，故暂不考虑该项措施。

3.2降低杆塔接地

电阻降低杆塔接地电阻是高压输电线路基本的防反击措施，降低杆塔接地电阻能降低雷击塔顶电位，提高线路的耐雷水平，有效地防止反击事故发生。降低杆塔接地电阻的措施有多种，如水平外延接地体、深埋式接地极、填充低阻物质、加装导电接地模块等。对于天瓶5406线来说，首要解决的是绕击问题，故暂不考虑该项措施。

3.3加强线路绝缘水平

提高线路绝缘水平也是增强线路耐雷水平的一种方法，通过提高线路的绝缘水平，可增加绝缘子的U50%放电电压，提高线路的耐雷水平。天瓶5406线已具有较高的绝缘水平，故暂不考虑该项措施。

3.4加装保护间隙

保护间隙的作用主要是发生雷击时，保护间隙通过电弧闪络来保护绝缘子不受损坏，可以降低线路的雷击事故率。对于现有线路，安装并联间隙会短接部分绝缘子，从而造成线路绝缘水平降低，反而导致雷击跳闸率增大。在华东电网雷击跳闸率较高的情况下，不宜简单大范围推广，故暂不考虑该项措施。

3.5架设耦合地线

耦合地线的作用主要有两个：一是增大避雷线与导线之间的耦合系数，从而减少绝缘子串两端电压的反击和感应电压的分量；二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔的分流作用，降低绝缘子承受的电压，提高线路耐雷水平。但是架设耦合地线需要验算杆塔强度，耦合地线对导线及地的距离；以及大风时，耦合地线和导线不同期摆动后的距离，且施工困难，受地形条件限制，增加线路运行电能损耗，还有可能需要砍伐树木，使得线路运行维护的工作量和难度会增大，其经济造价亦较高，故暂不考虑该项措施。2.6架设旁路地线架设旁路地线可以增强对导线的屏蔽作用，具有一定的减少雷电绕击作用，但是需要另外架设杆塔和导线，经济造价很高，故暂不考虑该项措施。2.7安装塔头避雷针通过在塔头安装可控放电避雷针，可有效提高杆塔的引雷能力，增强杆塔对其附近导线的雷电屏蔽能力，从而降低雷电绕击导线的概率，减小绕击跳闸率，同时，由于能发生绕击的雷电流一般较小，接地电阻值控制在允许范围内时被吸引至杆塔时也不会产生反击闪络，不增加反击跳闸率。合理的安装方式和安装方法对可控放电避雷针的防护效果非常关键，同时一定要控制好杆塔接地电阻，对不合格杆塔应进行降阻改造，以确保可控放电避雷针发挥更好的防护效果。

3.6安装线路氧化锌避雷器

为了减少线路的雷击事故，提高供电可靠性，在线路上安装氧化锌避雷器是减少线路雷击事故一种非常有效的方法。线路避雷器与绝缘子串并联安装，当雷电绕击线路或雷击杆塔在绝缘子串两端产生过电压超过避雷器动作电压时，避雷器可靠动作，利用阀片的非线性伏安特性，限制避雷器残压低于线路绝缘子串的闪络电压；雷电流经过避雷器泄放后，避雷器将工频续流及时截断，线路两端断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。理论计算分析和实践都证明，将线路避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难的线段，可以较大地提高线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率，从而减少线路的非计划停电时间，提高供电可靠性。

结语：高压输电线路的安全运行是十分重要的，它既保证了居民正常的生活，也维持了产业的正常发展。杆塔高度、保护角、山坡倾角都影响临界击距的主要因素，而对于临界电流，采用了临界电流公式，计算出了临界电流值，判断了电路发生故障的主要原因。除此之外，我们还分析了防雷所要采取的措施，从经济角度和实用性方面分析了它们的可行性，我们在实施时，还要结合实际情况，做出理性的选择。关于超高压输电线路，我们研究的只是一少部分，我们还要不断进行探索，确保线路的安全运行。

参考文献:

[1]舒海莲,杨秀,臧海洋.基于EMTP的同塔并架多回线路防雷计算[J].电网与清洁能源,2010(12).

[2]张瑚,黄欲成,何妍,马丽山.计及风偏和地面倾角的线路绕击耐雷性能研究[J].力科学与工程,2010(09).

王政伟身份证号码：210283199506091811