架空输电线路雷击模型及防雷应用

架空输电线路雷击模型及防雷应用

王冬 阳

国网山西省电力公司阳泉供电公司 山西 045000

摘要：在架空输电线路的雷击处理方面，由于雷电情况出现的未知性、不稳定性和复杂性，使得对于线路的维修和防护方面产生较大的困难。因此，本文将在对雷电现象的分析基础上，对架空输电线路的防雷措施进行全面分析，并通过建立架空输电线路雷击模型进行验证。

关键词：架空输电线路 雷击模型 防雷应用

1 架空输电线路雷击情况概述

架空输电线路作为我国重要的配电线路，在电能的传输和对用户电能的分配方面具有重要作用。由于中压等级的配电网络数量巨大，通常情况下不会全线架设避雷线，因而在线路运行中其遭受雷击的几率较高，尤其是在山区和多雷区的复杂地形区域。在输电线路雷击放电以及雷电压、雷电流形成原理的基础上，对架空输电线路的防雷措施进行全面分析，并通过建立架空输电线路雷击事故模型进行验证。

1.1 架空输电线路雷击放电原理分析

一般情况下，人们认为当雷云中的电荷受到热气流影响时，当遇到稀薄的空气时就会发生即时性的冷凝变化，进而形成放电过程，也就是我们所说的放电原理^[1]。除此之外，雷云与雷云、雷云与地点之间也能形成放电现象。

1.2 雷电参数

在研究雷击情况时，必须要对雷电参数有所了解，这是工程设计和电压计算的首要前提。雷电参数有雷电流特性、雷暴日、地面落雷密度三个方面，其中雷电流特性本身又分为波头、波长、幅值三个重要参数。雷暴日参数是指在多年数据的统计下，根据雷暴日出现的雷暴小时和雷暴天数而进行定义并用来判断所处区域少雷、多雷的有效依据。雷暴日的分布情况和不同的地理位置有关^[2]。在陆地、山区、气候条件炎热潮湿的地区发生雷击情况的几率较大，在海洋、平原发生雷击情况的几率相对较少。雷暴日的定义为在一定的时间内（一个小时或者24小时）之内，出现雷声，就可以将其定义为雷暴小时和雷暴日，雷暴日雷击压力的大小是雷暴小时的三倍。从全球各地区的雷暴日统计图来看，雷电活动最活跃的地区为赤道，平均活跃时间为100到150日，最长活跃期可超过300日。其判断标准为雷暴日大则是多雷区，雷暴日小则是少雷区。地面落雷密度参数与落雷密度γ的大小和年平均雷暴日数Td密切相关。一般将其认定为正相关关系^[3]。因为，落雷密度γ指的是雷暴日每平方公里的落雷

数目，其中由于国家标准的不同，各国对雷暴日密度的取值也不同。DL/T620-1997[13]推荐取γ=0。07次/（km2.雷日）。在雷暴日数等于40的地区，每年受到雷击的次数为NL=0.28（b+4h），其中，b是指两避雷针之间的间距，H是指避雷线的平均高度。

2 架空输电线路的防雷措施应用

中压等级输电线路与其他架空线路相比最容易受到雷击，使电路跳闸事故发生次数频繁，对人们的经济生活产生了重要影响。为了提高电力系统输电线路的安全稳定运行，可采用多种防雷措施来降低架空线路雷击损害程度。

2.1 对输电线路路径进行合理选择

大量的实践经验表明，输电线路遭受雷击的部位往往集中在某些区域地段，相关人员称其为“易击区”^[4]。这这些区域对线路加以重点保护，或者绕开易击区建设架空线路，能够有效降低雷击频率。一般情况下，易击区主要集中在以下几个地段：一是地下水位较高或地下存在导电性矿产资源的地面；二是岩石、山坡、断层等土壤电阻率突变的地带；三是向阳山坡、山顶突出地段；四是顺风的峡谷、河谷以及山区风口区域。

2.2 架设避雷线

在输电线路保护中，架设避雷线是对输电线路进行防雷保护的基本有效措施。它的主要作用是降低雷直击导线的几率，除此之外，它还具有分流、耦合、屏蔽作用。分流作用是指在降低杆塔雷电流的基础上降低杆塔塔顶的点位；耦合作用是指在导线耦合作用的影响下，将线路绝缘子的电压有效减小；屏蔽作用是指降低导线的感应过电压的过程。

2.3 降低杆塔接地电阻

塔脚电阻要与避雷线相互配合，在此基础上才能最大幅度的降低雷击压力，这对110kV以上的铁塔线路或者混凝土杆塔线路能够起到最佳的防护效果。数据表明，当杆塔的接地电阻增加10~20欧时，由雷击引起的线路跳闸情况就会增加到50%~100%。对于这种情 况，必须通过降低杆塔的接地电阻来进行处理。如更换接地土壤、使用化学处理方法添加降阻剂、利用自然接地方法或以金属为基础进行接地、深井接地、爆破接地等。在运用降低接地电阻加强线路防护时，应该结合本地区的实际情况和地形特点来进行全面的分析，然后再通过分析方法因地制宜的选择合理的处理手段。

2.4 在架空线路上安装避雷装置

在架空输电线路雷击防护中，即使在线路全线都架上避雷线路，也不能完全保证线路不遭受雷击，出现过电压。在此基础上，相关人员可以在架空线路上安装避雷器装置，通过避雷器降低雷击所造成的大幅度过电压的形成，同时给雷电流提供一个有效的低阻抗流通通道，使其流通到大地当中，降低电压升高几率，提高线路设备的性能和使用安全。在国内外的雷击防护实验中，在线路上安装金属氧化物避雷器能够有效降低避雷线的反击效果和降低雷电直击导线效果。与传统的避雷器相比，金属氧化物避雷器的应用效果更佳，发展前景更广。

2.5 加强避雷线的架设，减小保护角

为了确保高压输电线路的防雷效果良好，就要在此线路安装架设，架设最好是以双避雷线架设，在确保避雷效果的同时，还能帮助避雷线在电压过高的时候，线路防雷效果达到极致。该方法很受重视，不仅效果好，而且价格也很便宜。但该方法还存在不足之处需要改善，从很多实际案例中可以看出，在杆塔高度、防护角度以及地质情况的不同，都会影响到雷电产生冲击力对导线所造成的损害。从这个角度出发，可以对防雷措施进行改进，然而，最容易改进的方法就是针对防护角度，为了改善防护角度，有两点最好的方法:① 如果建造线路架设的地方是山区的话，倾斜度很容易影响防护角度，为了改善这一点，在设计的时候就可以使保护角小于5度。②若是输电线路所经过的路线是平原的话，在设计保护角的时候，可以让其角度小于零度。总的来说，就是在设计保护角的时候，尽量让其接近零度，这样防雷的效果才会达到最佳。

3 雷击线路模型的综合研究分析

雷击线路模型的建立及仿真分析。当前某气田的配电线路已经有了一定的防治措施，但是其防治效果并不理想，在雷击状态下线路跳闸断电问题依然存在。因此，本文将在雷击线路模型仿真的建立上来分析其问题原因，提高线路耐雷水平。根据交流电气装置的绝缘配合DL/T620-1997和过电压保护要求， 的架空输电线路必须具有20~30kA的耐雷水平。根据仿真结果分析可知，当的架空输电线路不采取防雷措施时，其耐雷水平较低，当雷击电压达到一定程度时，就会发生绝缘子串闪络问题。当接地电阻数值不同时，其耐雷水平也会不同。也就是说，接地线阻对架空输电线路的影响是其对架空线路防雷水平高低产生影响的重要因素。尤其是在杆塔塔顶的电击方面，其影响效果更加明显，二者之间呈现出“近似反比例关系”。

4 结束语

鉴于架空输电线路在生产生活方面的重要性，相关部门、单位应该加大对该线路的防雷投入， 通过对输电线路路径进行合理选择、架设避雷线、降低杆塔接地电阻、在架空线路上安装避雷装置等方法来有效提高输电线路的耐雷水平，降低故障危险。

参考文献

[1]李明贵，鲁铁成 . 高压架空输电线路雷击过电压的仿真计算与分析研究之一 ：输电线路雷电过电压仿真计算模型的建立 [J]. 广西电力，2005，28（4）：7-10.

[2]谢从珍，白剑锋 . 基于多维关联信息融合的架空输电线路雷害风险评估方法 [J]. 中国电机工程学报，2018，38（21）：6233-6244.

[3]甘艳，顾德文 .500kV 架空线路雷电过电压与冲击接地电阻关系 [J]. 中国电力，2018，51（9）：118-125.

[4]周同梅，薛霜 . 基于 架空线路耐雷水平影响因素的仿真分析 [J]. 能源技术与管理，2014，39（4）：157-159.