雷电天气对输电线路失效概率影响分析

       摘要：电网建设输电线路一般都在旷野或山顶上，很容易遭受雷击，因雷击造成输电线路闪络引起的线路故障一直是影响电网安全运行较为主要的原因之一。在我国跳闸率比较高的地区，高压输电线路运行的总跳闸次数中由雷击引起的次数约占 40% ～ 70% ，在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率则更高。         关键词：输电线路 雷电防护 接地泄流 差绝缘 不平衡绝缘 避雷线路         引言：随着国民经济的快速发展以及科学技术水平不断提高，人们生产生活用电质量要求也越来越高。由于我国疆域辽阔，经济发展与电力资源分配严重不平衡，不得不使用人力开展西电东输、南水北调的大型工程。在电力输送过程中，输电线路从横交错地分布在广袤的山野中，极易受到雷电攻击，有数据表明，在高压输电线路故障事件中，由于雷击引起跳闸约占 40% ～ 70% ，尤其是在多雷区域，亦或是土壤电阻高、地形复杂的地区，雷击导致输电线路故障的时间更加频繁，极大地破坏了电力输电系统的稳定性、持续性和安全性，影响了整个电力输送系统的正常工作，因此在输电系统中配备雷电防护系统是非常必要的。         1. 线路防雷措施的决定因素         输电线路遭雷击闪络时，经自动重合闸装置消除工频续流后继续运行。只有自动重合闸无法消除的永久性故障时线路才退出运行。输电线路采用哪一类防雷措施主要是由电力运行部门对雷害事故的核方式决定的。我国目前考核的是雷击闪络率。而欧美、日本等国际上大多数国家考核的都是雷击故障率。因此，由于考核方式的不同，我国的防雷措施的出发点是尽量不让线路雷击闪络，即采用“阻塞型”方法。虽然雷击闪络后我国也是经自动重合闸装置来排除闪络故障，但绝缘子表面在工频电弧作用下会发生烧蚀。因此，每次雷击闪络后需要派线路工寻线来查找烧损的绝缘子。而国外采用的是“疏导型”方法，即允许线路雷击闪络，闪络后经自动重合闸排除闪络故障，由于工频电弧一般被引导到与绝缘子并联的保护间隙燃烧，而绝缘子表面基本不会有烧伤，因此一般不用巡线来查找烧损的绝缘子。         2. 雷击如何对输电线路造成危害         输电线路由于传输路经长，涉及地形范围广，在广袤的荒野中会直接裸露在空中。当有带有大量电荷的云层飘在输电线路上空时，就有可能会放电，引起雷击。一般的，雷击对于输电线造成危害的雷击过电压可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两类，直击雷过电压是由于雷电直接电击未架设防雷措施的输电线路的导线、绝缘子或者输电线杆塔顶使输电线路超过绝缘的耐受电压引起输电线路故障；感应雷过电压是指当输电线路附近的大地或者物体时，由于电磁感应与导线之间产生感应过电压而草果绝缘耐受电压引起输电线路故障。         由于带电云层直接对输电线路雷击时，会瞬间使导线内产生数万伏甚至数十万伏的冲击电压以及上千安的强电流，瞬时高电压会强烈冲击输电线路连接的电气设备，击穿设备绝缘层使其发生线路短路，从而引起燃烧、爆炸的二次灾害，而电流的高热效应，强电流通过输电线路和设备会使其产生大量的热量，进而融化导线和设备，引起爆炸。当带电云层电击输电线路附近物体或大地时，会与输电线路之间产生强大的交变电场，使得输电线路产生与雷电性质相反的大量电荷，由于雷电消失或大地泄流速度很快，输电线路强电荷来不及流散，从而产生感应过电压，对附近建筑或物体放电时会引起配电装置短路或产生电弧火花而导致火灾。同时，雷电压电流在侵入输电线路后，对电力系统的各个元器件都会造成不同程度的破坏，很有可能会造成发电机、变压器、断路器或其他电气设备的绝缘损坏，以及输电线路绝缘子的闪络或碎裂，以及导线烧断等事故。         3. 对输电线路采取的雷电防护措施         对输电线路的雷电防护工作主要根据第二章节讲述的雷电对输电线路造成的危害方式采取相应的防护措施，从根本上减少雷电对输电线路造成的影响。一般地，采用接地泄流的方式，将产生的直接雷击过电压过电流泄流入地；通过绝缘隔离环节将侵入输电线路中的强电压强电流与电气设备隔离，避免引起短路；通过降低塔顶与大地之间电位差和电阻的方式来避免感应雷过电压的产生；通过相应的线路保护设备，避免输电线路被雷击。         3.1. 接地泄流         接地泄流的方式主要是讲直接雷击产生的过电压强电流泄流入地，而不是随着输电线路流通。第一种方式是使用降阻剂降低接地极的接地电阻，降阻剂是几种物质配制而成的含有强电解质的化学剂品，具有良好的导电性，当雷击发生时，可以将其导入入地。第二种方式就是架设耦合地埋线，从而降低接地电阻和架空地线，对避雷线进行分流和耦合，以提高线路反击耐雷水平，降低雷击跳闸率。针对特定的 35V 高压输送线路，也可以采用中性点非有效接地方式或经消弧线圈接地方式，使雷击引起的单相接地故障不必引起时间短路和跳闸而自动消除。         3.2. 绝缘隔离         绝缘隔离最简单的方法就是加大绝缘耐压值，比如增加绝缘子串片数、加大大跨越档导线与地线之间的距离来增加线路绝缘。然而雷击产生的过电压具有随机性，增加绝缘耐压值不能从根本上消除雷电过电压的危害，我们可以采用差绝缘方式和不平衡绝缘方式来增加输电线路的耐压。差绝缘是为三相输电线路设定不同的绝缘耐压值，输电线路下面两相各增加一片绝缘子，当雷击发生时，上面的一相电路由于绝缘效果“较差”，先被击穿，雷电流塔杆泄流入地，避免了其他两相线路受到雷电危害。不平衡绝缘方式是针对双回路输电线路采用的绝缘方式，类似于差绝缘方式，双回路不平衡绝缘方式是将其中一回线路的绝缘耐压值相对降低，当雷电发生时，绝缘耐压值较低的一路线闪络，从而增加了另一回路导线的耦合作用，提高其耐雷水平，保证正常连续供电。         3.3. 降低塔杆接地电阻和电位         通过在塔杆安装接地装置来降低塔杆的接地电阻，当雷击发生时，与发生雷电地点相近的塔杆的接地装置会将输电线路产生的高电压强电流泄流入地，减少其对输电线路以及电气设备的危害。通过改变塔杆顶部的雷电波道参数，来改变作用于塔杆顶部的雷电波形，改变雷电波头陡度趋势，消弱雷电作用于塔杆顶部的高电位，从侧面提高了输电线路的耐雷水平，减少雷电绕击跳闸几率。         3.4. 线路保护设备         在输电线路安装接地装置和增加绝缘耐压值的同时，还应该架设线路保护装置，来对线路进行保护，避免雷电经过接地装置和绝缘体之后仍侵入输电线路对其造成的危害。我们可以在输电线路旁架设避雷线路，通过优先接收雷击来防止雷电直击输电线；安装避雷针、预放电棒、负角保护针或者消雷器，通过泄流带电云层电荷量来来预防雷击事故的发生。同时在雷电多发地区还应该安装避雷器，来防止雷电产生的过电压沿输电线路入侵变配电所或者其他建筑，来保护电气设备和配电设备。同时对于用电要求高的地区还要安装自动重合闸装置，使得在雷击发生后，输电线路安全的时候能够自动将断开的闸口复合，以恢复线路供电，保证供电线路的连续性。         4 结束语         雷电活动是小概率事件，随机性强，在确定输电线路防雷措施时，应全面考虑线路重要程度、系统运行方式、所处地区雷电活动规律、地形地貌特点及土壤电阻率等多种条件，根据因地制宜、经济合理的原则，采取适合的一种或多种防雷措施，提高输电线路的耐雷水平，降低雷击事故发生概率。         参考文献：         [1] 罗瑛 . 浅谈 35kV 煤矿输电线路的防雷措施 [J]. 煤矿机电 .2010 （ 06 ） .         [2] 陶祥海 . 输电线路雷击故障及防雷措施 [J]. 广东科技 . 2009 （ 14 ） .         [3] 严玲 . 浅议输电线路雷击故障及防雷措施 [J]. 中小企业管理与科技（下旬刊） .2010 （ 08 ） .         [4] 黎健生 . 浅谈输电线路的防雷 [A]. 第十九届电工理论学术年会论文集 [C].2007.