输电线路雷击跳闸故障分析及措施

输电线路雷击跳闸故障分析及措施

孙成

国网山东省电力公司青岛供电公司山东青岛26600

摘要：高压输电线路具有输送距离长，沿线地形地貌跨度变化大和气象条件复杂等特点，遭受雷击的概率较高，直接影响电网正常运行。雷击引起的线路跳闸事故占据日益主要的地位，不仅影响线路、设备的正常运行，而且极大地影响了日常的生产、生活。本文分析了雷击跳闸故障，并介绍总结了各种防雷措施，以提高架空输电线路的耐雷水平。

关键词：输电线路；雷击跳闸；防雷措施

1线路雷击跳闸故障分析

1.1线路雷击跳闸率的计算

以雷击有避雷线线路的跳闸为例。在下列情况下，线路将要跳闸:

（1）雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧；（2）雷绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧。运行经验证明，雷击避雷线的档距中间且与导线发生闪络引起跳闸的情况是极罕见的，可不予考虑。雷绕击导线时，耐雷水平I2可由下式求出：I2=u50%/100，有避雷线线路的跳闸率可按下式计算:N=NLη（gP1+PαP2）

式中：N为跳闸率，次/（100km.a）；I为雷电流幅值，η为建弧率；g为击杆率；P1为超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；P2为超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率；Pa为绕击率(包括平原和山区)。击杆率g与避雷线根数和地形有关，一般可采用表1所列数据。

1.2线路反击雷分析

雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。杆塔上绝缘承受的过电压最大值为（1）：

如u1.i.m大于绝缘子串的50%冲击放电电压u50%，则发生闪络。取u1.i.m=u50%，即可求出雷击杆塔顶部时的耐雷水平I1，如取固定波头长度τt=2.6μs,则a=I1/2.6,此时耐雷水平为（2）：

式中：u50%为绝缘子串50%冲击闪络电压，k为导线线间耦合系数，k0为导线与地线间的耦合系数，β为杆塔分流系数，Ri杆塔冲击接地电阻，Lt为杆塔电感，hg为地线平均高度，hc为导线平均高度，ht为杆塔高度，ha为横担对地高度。由式（2），可以看出降低杆塔接地电阻Ri，提高耦合系数k，减小分流系数β，可提高输电线路的耐雷水平，应着重考虑降低杆塔接地电阻Ri的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。因此，山区线路防雷工作的重点应放在防雷击杆塔上。

1.3线路绕击雷分析

根据高压线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕过避雷线直击导线的概率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及线路经过的地形、地貌和地质条件有关。平原和山区线路的绕击率可用下式表示：

式中：α为避雷线对边导线的保护角，ht为杆塔高度。根据式（4）可以推算出山区的绕击率在5%左右，但山区线路的绕击率约为平地线路的3倍，山区线路不可避免会出现大跨越与大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节。一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。

2输电线路的防雷措施

2.1架设避雷线

这是超高压线路防雷的基本措施，其主要作用是防止雷直击导线，产生危及绝缘的过电压。装设避雷线后，雷电流即沿避雷线经接地引下线进入大地，从而可保证线路的安全供电。根据接地引下线接地电阻的大小，在杆塔顶部造成不同的电位；同时雷电波在避雷线中传波时，又会与线路导线耦合而感应出一个行波，但这行波及杆顶电位作用到线路绝缘的过电压幅值都比雷电波直击档中导线时产生的过电压幅值小得多。110kV及以上电压等级的线路一般都应全线架设避雷线。避雷线的保护角大多取0～25°。500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在10°及以下。

2.2装设接地装置和降低杆塔接地电阻

装设接地装置是防止架空输电线路雷害事故的有效措施之一。接地装置由接地体和接地线组成。接地体指埋入地中直接与大地接触的金属体，接地线指电力设备与接地体连接的金属体。对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的有效措施。在土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土的自然接地电阻，在高土壤电阻率的地区，用一般方法难于降低接地电阻时，可以采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，利用接地模块或者采用有效的接地降阻剂降低接地电阻值。

2.3架设耦合地线

在雷电流活动频繁或经常遭受雷击的地段，可在导线下方另架1～2条逐基接地的架空地线（镀锌钢绞线），通称为耦合地线，以改善耦合系数。耦合地线与避雷线一样，具有分流和耦合作用，可分流杆塔雷电流12～22%，降低绝缘子串上承受的过电压，减少和防止线路绝缘的闪络。运行经验表明，耦合地线对降低线路雷击跳闸的效果显著，约可降低50%左右。但需注意，在导线弧垂较大时，档距中央耦合地线与导线间的空气间距应满足电气要求。

2.4采用消弧线圈接地方式

在雷电活动强烈时，接地电阻又难于降低的地区，对于110kV及以下电压等级的电网可考虑采用系统中性点不接地或经消弧线圈接地方式。这样可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至于发展成为持续工频电弧。而当雷击引起二相或者三相闪络故障时，第一相闪络并不会造成跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。我国的消弧线圈接地方式运行效果良好，雷击跳闸率大约可以降低1/3左右。

3结语

线路防雷工作是线路工作中非常重要的一部分，输电线路遭受雷击闪络而跳闸的相关因素较多，输电线路各种防雷措施都有针对性，因此，在进行输电线路防雷设计时，我们选择防雷方式首先要明确输电线路遭受雷击跳闸原因，从电网的运行方式、线路电压等级、沿线地形地貌特点、气象条件、土壤电阻率等各方面综合考虑，同时参考当地原有线路的运行经验，进行经济、技术比较分析，最后确定采取一种或几种合理的防雷措施，以提高输电线路的耐雷水平，保证电网安全稳定运行。

参考文献

[1]35kV线路减少雷击跳闸的技术手段探析[J].张宇翔.电子技术与软件工程.2015(09)

[2]浅析输电线路综合防雷[J].祝和革.民营科技.2012(06)

作者简介：

孙成（1986.11），男，哈尔滨工业大学电气工程专业，研究生，工程师，单位：国网山东省电力公司青岛供电公司，研究方向:电网规划设计，输电线路。