输电线路的雷击跳闸案例分析

输电线路的雷击跳闸案例分析

蔡晓波

国网宁夏电力有限公司中卫供电公司 宁夏中卫 755000

摘要：雷击故障预防是高压输电线路运维管理的重点工作，本文总结高压输电线路雷击跳闸典型故障发生特点及原因，并分析雷击计跳闸故障的具体防范措施，供相关单位借鉴参考。关键词：高压输电线路；雷击跳闸故障；线路避雷器

一、高压输电线路雷击原因及危害

（1）高压输电线路均为架空线路，架空线路当中使用了大量的金属材料且分布范围比较广泛，导致雷击极易产生大量的雷电冲击波，进而入侵供电线路，而且冲击波还能在极短的时间内形成高达上千伏的雷电感应电压。尽管高压输电线路当中安装有避雷装置，然而由于其动作缓慢且残压较高，因此无法有效释放雷电冲击波，最终严重损坏电源设备及通信系统等；（2）雷云放电击中高压架空线路的杆塔时，将会形成一个专门的放电通道，击穿避雷线路进而导致高压架空线路发生跳闸事故。

二、高压输电线路雷击跳闸典型故障

以内蒙古地区为例，高压输电线路雷击跳闸故障多集中在6～8月份，位于山区的高压输电线路雷击跳闸故障发生频率最高，约占雷击跳闸故障总数的60%。高压输电线路雷击跳闸故障表现出如下特点：

1. 故障发生频率与落雷密度直接相关，单从上半年来看，雷击跳闸故障多集中在6月。

2. 故障发生与线路所处地形高度相关，从发生在山区的雷击跳闸故障分布上看，山顶及山坡的故障数更多。

第三，发生雷击故障时，短路保护器动作成功率非常高，几乎可达到100%。第四，雷电绕击过电压是跳闸故障的主要类型，该现象受电流大小、防雷保护角等因素的影响，且多发生在单回路的两边相与双回路的中间相上[1]。一般情况下，雷击电流大小在30～60kA。高压输电线路雷击跳闸故障的原因多与自然因素有关，空旷的平原、山区为雷击跳闸故障高发区域。此外，当地土壤电阻率、线路抗雷击能力、防雷措施设置情况也是可能成为引发雷击跳闸故障的原因。

三、高压输电线路雷击跳闸典型故障预防

3.1调整避雷线保护角

高压输电线路雷击跳闸经典故障多为雷电绕击，适当调低避雷线保护角大小，可强化避雷线对导线的屏蔽效果，进而减少雷电绕击事故发生的概率。一般情况下，500kV及以上输电线路采用双避雷线，避雷线保护角以15°为宜。但受到高压输电线路分布特征的影响，想要全面调整避雷线保护角很难实现，尤其对于架设在山区的输电线路，调整保护角的难度和成本均较高。因此建议仅对电路中雷击跳闸故障发生频繁，或易出现雷击现象区域内的避雷线保护角进行调整，配合耦合地线，提高防雷屏蔽效果。

3.2降低塔杆接地阻值

降低高压输电线路塔杆接地阻值也可有效防止雷击跳闸故障的发生，降低塔杆接地阻值可减小塔杆顶部的电位，提高线路自身抗雷击能力，将雷电对线路正常运行的影响控制在最小范围。同时，调整塔杆接地电阻的防雷方式较调整避雷线保护角更易实现，例如，扩大接地网面积、降低电阻率等。接地网面积与接地电阻阻值呈反向变动，面积增加后，电阻阻值随之减小。在实际工作中，接地电阻的调整多采用添加导线或扩大接地网面积的方式进行，但该方法难以防治雷电绕击，因此需与其他防雷方式结合使用。

3.3安装线路避雷设备

线路型避雷器能够将高压输电线路接收的雷击电流充分导入到大地，避免变压异常变动，对线路及电力设备实施有效保护。高压输电线路防雷击能力主要受电流大小、放电电压、接地电阻等因素的影响。其中，电流大小由线路敷设位置及当时的大气条件所决定，放电电压为常数，安装线路避雷器，大部分电流被分流，传输至临近塔杆，并在避雷线和导线上形成耦合分量。避雷器所承受的电流要远大于避雷线，因此这种耦合作用会促使导线电位升高，并缩小导线与塔杆间电压差，防止出现绝缘子闪络。由此看来，在高压输电线路中安装线路避雷器还可发挥有效的钳电位作用，提高防雷效果。

3.4智能电网防雷措施

智能电网建设是高压输电系统的重要发展方向，不同于传统电网，智能电网中涉及大量精密设备，采用常规防雷方式虽然能有效避免雷击跳闸故障的发生，对线路进行保护，但雷电带来的电磁干扰会严重影响精密设备的运行状态，引发设备失灵问题。电磁干扰以传导或辐射的方式进行传播，其中，传导方式以电阻、电感、电容等作为传输介质；辐射方式中电磁干扰以电磁波的方式进行传递。电磁干扰可通过共模干扰或差模干扰的方式作用于精密设备，在电路端口形成对地电位差或在相同回路的不同电线间形成电位差，具体抗干扰方式还需结合干扰类型进行选择。例如，安装浪涌保护。雷击产生的大强度电流作用于精密设备，易引发内部元件被击穿的现象，为避免此类故障发生，可在适当位置安装浪涌保护。浪涌保护器自带电流强度检测功能，若其幅值超出一定范围，保护器自动切换电流回路，将强电流排入到大地中，钳制输出电压至安全等级[2]。电涌保护器无法阻碍雷击故障的发生，但可将雷击对智能电网的不利影响降到最低。

3.5融入先进监管方式

日常监管、维护也是高压输电线路雷击跳闸故障预防的重要方式，目前，高压输电线路已经实现自动化监管，利用高清摄像监控系统、无人机等方式，高效完成线路状态监控。以无人机技术为例。内蒙古地区平均海拔较高，大部分高压输电线路架设于山区环境中，加上当地风沙天气多，输电线路发生雷击跳闸故障的概率较大。除安装避雷装置、设置耦合地线等防雷措施外，当地供电局还引入无人机航空监测系统，使用无人机进行特殊区域内高压输电线路状态监控。该系统融合无人机技术、移动通信技术、实时测量技术等，以航拍方式全面采集线路状态信息，并实时传输至数据分析、处理系统，以实现输电线路的动态化、自动化监管，线路巡视效率大幅度提高，避免无效或低效巡视的出现。

3.6合理布设避雷线

避雷线不仅能够起到保护导体与导线等作用，还具有对雷和闪电进行分流的作用，以避免雷电直接击中导线。通常情况下应当在所有导线的上方均安装避雷线，对整条线路起到有效的保护作用。而且对于雷电发生频率较高地区应当安装双避雷针。输电线路的电压在３５Kv以下时，仅仅需要在距离变电站１～２ｋｍ位置处安装一个避雷针，以防止资源浪费。虽然避雷线防雷能够起到一定的防雷效果，但是也存在着一定的安全隐患。

3.7提升线路的绝缘能力

通常情况下，输电线路的绝缘性能与其保护水平密切相关，对于雷击事故多发区域必须采取有效措施提升线路的绝缘能力。高原地区塔架遭受雷击的频率较高，因此可以适当增加塔杆上方的绝缘子串数（高度在40m以上的塔杆，塔杆高度每增加10m就应当增加一个绝缘体），使地线与导线之间的距离较远，以提升线路的绝缘能力。

四、结束语

高压输电线路雷击跳闸典型故障的预防需结合线路所在地的地质、气象条件，综合调整避雷线保护角、降低塔杆接地阻值、安装线路避雷设备、安装电涌保护器、融入先进监管方式等措施，搭建完善、合理的防雷体系，确保高压输电线路安全、稳定运行。

参考文献

[1]依阳，杨霄.高压输电线路雷击跳闸典型故障分析[J].科技风，2019（16）：203.

[2]罗国明.500kV高压输电线路运行维护管理研究[J].通讯世界，2018（09）：107-108.

[3]谭小刚，刘蓓．高原地区高压输电线路防雷措施探讨[J]．科技创新与应用，2016（14）：198．

[4]李茂岩．高压输电线路防雷保护存在的问题及措施[J]．工程技术（建筑），2016（4）：164．