浅谈输电线路防雷设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈输电线路防雷设计 摘要：清远是广东省的雷暴中心 之一。其地形、地貌复杂，处于珠三角 平原与粤北山区交汇地带，特殊的地理 位置，极易形成强对流、雷电天气。由 气象资料得知，近 30 年间平均每年雷 暴日为 93 日，最高达 120 日，属强雷 区。电力系统雷害事故中，其中线路雷 击事故占较高比例。为了能够保证安全 供电，输电线路防雷是一个很重要的问 题。 中国论文网 /2/view-12910727.htm 关键词：线路防雷设计 引言 清远是广东省的雷暴中心之一。 其地形、地貌复杂，处于珠三角与粤北 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 山区交汇地带，特殊的地理位置，极易 形成强对流、雷电天气。由气象资料得 知，近 30 年间平均每年雷暴日为 93 日， 最高达 120 日，属强雷区。电力系统雷 害事故中，其中线路雷击事故占较高比 例。为了能够保证安全供电，输电线路 防雷是一个很重要的问题。 由历年雷击跳闸记录数据得知， 110kV 输电线路中，存在一些雷害事故 较为严重的线路，如 110kV 禾笔线曾多 次发生雷击跳闸事故，极大影响了电网 的安全运行。 示例线路工程概况 110kV 禾笔线投运于 2003 年 1 月 23 日，全长 28.178km。导线采用 LGJX-300/40,地线一根为 XLGJX-55， 另一根为 OPGW。全线共 70 基杆塔 （其中单回路直线塔 50 基，耐张塔 14 基；双回塔 6 基） ，仅有 1 基位于水田， 其余塔位均位于山地。杆塔地形比例为： 平地占 1%，山地占 99%。 示例线路故障统计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 从 2009 年开始，有记录的跳闸 次数为 16 次，其中三相跳闸事故 3 次， 两相跳闸事故 6 次。17 号杆塔 2 年内跳 闸 4 次，21、30 及 61 号杆塔分别跳闸 2 次。事故共涉及 4 种杆塔类型。 示例线路故障杆塔概况 1）17 号杆塔（两年内跳闸四次） 17 号杆塔分别为 2010 年 7 月 30 日和 2011 年 5 月 2 日发生连跳事故。 雷击电流最小为 18.6kA，最大为 51.5kA。由数据得知，其中一次事故超 过理论的反击耐雷水平，另一次事故接 近反击耐雷水平。因此可初步判定事故 性质为两次反击事故，两次绕击事故。 统计数据显示：17 号杆塔地处高 山大岭，两侧档距分别为 583m 和 883m，雷电流不容易流散；杆塔保护角 为 12.8，线路容易发生绕击；线路采 用复合绝缘子，绝缘性能偏低；另外， 杆塔接地电阻值较高，分析可能是接地 装置腐蚀或降阻剂失效。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2）21、30、61 号杆塔（闪络两 次）： 21 号杆塔保护角为 13.8；杆塔 事故雷电流为 80.9kA，其反击耐雷水平 仅为 57.45kA。 30 号杆塔位于山顶，大号侧档距 为 822m。第一次事故雷电流为 18.8kA，由于线路杆塔所处的高程较高， 雷云层有时可能与线路杆塔平行，有时 可能在线路杆塔的下方，故判定为绕击。 第二次事故雷电流较大，超过其耐雷水 平。 61 号杆塔位于半山腰。两侧档距 分别为 673m 和 690m。09 年无雷电流 大小记录，但电阻复测值较高；第二次 事故雷电流为 78.7kA，超过其耐雷水平 45.99kA。 3）18、22、31、35、60、63 号 杆塔（闪络一次）： 18 号杆塔接地电阻复测值为 17，保护角为 13.8杆塔两侧档距分别 为 411m 和 583m，杆塔绝缘强度不高， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 无雷电流幅值记录。 22 号杆塔位于山顶，杆塔事故雷 电流为 55.2kA，超过其耐雷水平 45.88kA。 31 号杆塔位于山顶，杆塔事故雷 电流为 45.3kA，接近其理论反击耐雷水 平 44.28kA。同时，31 号杆塔大号侧档 距为 822m。 35 号杆塔在 108.3kA 的雷电流下 发生事故。该杆塔小号侧档距为 1028m，接地电阻复测值为 18.2（原 接地电阻值为 7.3） 。 60 号杆塔在 170.1kA 的雷电流下 发生事故。该杆塔同样位于山顶，两侧 档距分别为 673m 和 799m，接地电阻 复测值为 16.7（原接地电阻值为 6.5） 。 63 号杆塔在 250.2kA 的雷电流下 发生事故，该杆塔同样存在接地电阻复 测值比原值大很多的问题。但杆塔高程 不高，档距不大，绝缘水平较强，地形 不特殊。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 示例线路防雷薄弱点分析 土壤电阻率较高的杆塔易受雷击， 例如 17、18、35、60、61、63 号杆塔； 线路绝缘性能偏低的杆塔易受雷 击，例如 17 号杆塔； 大跨越档距杆塔易受雷击，例如 17、30、31、35、60、61 号杆塔； 处于山顶、山腰迎风处、山谷谷 口等高塔位地形杆塔易受雷击，例如 17、22、30、31、60、61 号杆塔； 杆塔保护角10的杆塔易受雷击 （但满足规程的防雷保护要求） ，例如 17、18、21 号杆塔。 实际运行中，长度为 28.178km 的禾笔线在 2 年内跳闸事故有 16 次， 雷击跳闸率为 28.39 次/100km 年。 输电线路的防雷建议 线路防雷保护的路径选择建议 大量运行经验表明，线路若能避 开雷击区，或对雷击区线路加强保护， 则从根本上防止了雷害事故的发生。实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 践表明，下列地段易受雷击： 雷暴走廊，如山区风口以及顺风 的河谷和峡谷等处； 四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔 周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森 林或灌木，附近又有蜿蜒起伏的山谷等 处； 土壤电阻率有突变的地带，如地 质断层地带，岩石与土壤、山坡和稻田 的交界区，岩石山脚下有小河的山谷等 地，雷电易击于低土壤电阻率处； 地下有导电性矿的地面和地下水 位较高处； 当土壤电阻率差别不大时，例如 有良好土层和植被的山丘，雷电易击于 突出的山顶、山的向阳坡等。 提高线路耐雷水平，降低线路跳 闸率的建议 降低接地电阻 降低杆塔接地电阻是提高输电线 路反击耐雷水平，降低反击跳闸率的最 根本最有效的方法。降低杆塔的接地电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 阻，首先必须勘测地质，测得杆塔桩位 各个不同深度的土壤电阻率，然后根据 每基杆塔的实际情况，采取有效的降阻 措施。如加装水平接地体、垂直接地体、 复合接地体、外引接地体、深埋式接地 体、深层垂直接地体或降阻剂等等。在 选择降阻剂时，应当选择腐蚀性低、降 阻性能较好的降阻剂。 110kV750kV 架空输电线路设计规范 （GB50545 - 2010）规定：在雷季干燥时，有地线的 杆塔不连地线的工频接地电阻不宜大于 下表数值。 增设耦合地线 在雷击杆塔时，耦合线可以起分 流和耦合作用，降低杆塔绝缘上所承受 的电压，提高线路的耐雷水平。在土壤 电阻率很高、杆塔接地电阻难降、杆塔 机械强度允许的情况下，可适当考虑在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 导线下方增设耦合地线。 平衡高绝缘 在线路两侧同时提高绝缘水平 （即采用平衡高绝缘） ，可有效降低整 个线路的跳闸机率。 线路适当增加绝缘子片数（塔头 间隙也响应增大） ，可以提高线路绝缘 水平和耐雷水平。在高海波地区和雷电 活动频繁地区，在满足线路正常运行和 内、外过电压塔头间隙情况下，可考虑 适当加强绝缘。全高超过 40m 有地线的 杆塔，高度每增加 10m，应增加 1 片相 当于高度为 146mm 的绝缘子；全高超 过 100m 的杆塔，绝缘子片数应根据运 行经验结合计算确定。由于高杆塔而增 加绝缘子片数时，雷电过电压最小间隙 也应相应增大。 安装线路避雷器 将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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 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，流过避雷器的工频续流仅 为毫安级，工频电弧在第一次过零时熄 灭，线路两端断路器不会跳闸，系统恢 复到正常状态。安装线路避雷器，可有 效提高线路反击耐雷水平。 减小杆塔保护角： 根据运行经验，减小杆塔保护角 是降低线路绕击跳闸率最为有效的方法 之一。新建线路，建议杆塔采用零保护 角或负保护角；改造线路工程，不推荐 使用（因其旧杆塔改造施工周期长，费 用高） 。 结论 输电线路防雷设计的目的是提高 线路的耐雷水平，降低线路雷击跳闸率。 在确定线路防雷方式时，应全面考虑线 路的重要程度、系统运行方式、线路经 过地区雷电活动的强弱、 地形地貌特征、土壤电阻率的高 低等条件，并应结合当地已有线路的运 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 行经验，进行全面的技术经济比较，从 而确定出合理的线路防雷保护措施。 110kV 禾笔线防雷改造设计如下： 针对土壤电阻率较高的杆塔，建 议进行地网改造，降低接地电阻。 在土壤电阻率很高、杆塔接地电 阻难降、杆塔机械强度允许的情况下， 可适当考虑在导线下方增设耦合地线。 针对位于山顶或突出暴露地形的 低绝缘线路，建议采用玻璃绝缘子，整 体加强绝缘强度，同时也应提高塔头尺 寸和空气间隙裕度，防止塔头间隙放电 概率增大。 针对大跨越档距杆塔，加装线路 型避雷器。 针对位于山顶或突出暴露地形的 易雷击杆塔，建议加装线路型避雷器。 针对位于山顶、山腰迎风处、山 谷谷口等高塔位地形杆塔，一般档距也 较大，雷电流不易流散。需要重点保护， 建议加装线路型避雷器。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 新建线路，建议杆塔