架空输电线路雷击研究及防雷措施探析

1、架空输电线路雷击研究及防雷措施探析【摘要】架空输电线路在电网中的地位极为重要，一旦 雷击损坏，将直接影响主网的安全可靠运行，造成严重的后 果，因此要求有可靠的防雷措施。文章结合电网发展的现状, 进一步介绍和阐明输电线路防雷重要性和主要防雷措施，为 电网安全稳定运行和持续稳定供电提供保障。【关键词】输电线路；雷击；电网安全稳定运行电网中的事故以输电线路的故障占大部分，输电线路的 故障又以雷击跳闸占的比重较大，尤其是在山区的输电线路 中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，根据运行记录, 雷击跳闸约占架空输电线路故障的40%以上，而且大部分雷 害集中在位于重雷区的山区线路和平原空旷地带，主要是山

2、区雷击活动频繁、平原空旷地区易遭受雷击所致。另外，土 壤电阻率高，降低杆塔接地电阻困难，线路耐雷水平低，防 雷效果差也是造成雷击故障不可避免的原因。所以采取有效 的防雷措施，防止雷击跳闸可大大降低输电线路故障。1.雷击性质问题架空输电线路上出现的雷击过电压有两种形式：感应雷 过电压和直击雷过电压。经实测，输电线路感应雷过电压最 大可达到400 kv左右，它对35 kv及以下线路绝缘有较 大的威胁，但对110 kv及以上线路绝缘威胁很小，所以对 于高压输电线路，主要是防止直击雷过电压。而直击雷又分 为反击和绕击，都严重危及线路安全运行。但是在采取各种 防雷措施时，对雷击性质未能有效地分析，很难准

3、确地区分 每次线路雷击故障的闪络类型是反击还是绕击，在防雷措施 上针对性不强，存在一定的盲目性，造成防雷效果不佳。只 有把雷击性质确定了，才能采取有效的防雷措施。2防雷接地问题2.1接地电阻问题输电线路杆塔必须可靠接地，才能确保雷电流泄入大 地，保护线路绝缘。实践证明，降低杆塔接地电阻是提高线 路耐雷水平，减少雷击跳闸率的有效措施。为确保接地电阻 符合设计要求值，必须按照运行规程要求定期测量杆塔接地 电阻，拆开所有接地引下线来测量接地网的工频接地电阻。 而雷电流是从杆塔顶部泄入大地的，从防雷角度分析，防雷 接地电阻应是整个泄流通道的电阻，包括杆塔与接地引下线 之间的接触电阻、接地体自身的电阻、

4、接地体与土壤之间的 接触电阻及土壤电阻，而不仅仅是接地网的电阻。实际上杆 塔接地系统存在较大的接触电阻，必须采取有效措施降低杆 塔接触电阻，才能真正起到防雷作用。2.2冲击接地电阻问题防雷接地中主要考虑雷电冲击接地电阻，冲击接地电阻 与工频接地电阻有以下两点主要区别：一是由于雷电流相当 于高频，接地体的电感效应将使延伸接地体在雷电流的作用 下呈现较大的阻抗；二是由于雷电流幅值很大，接地体的电 位很高，其周围土壤中的电场强度将大大超过土壤的耐压强 度（& 5 kv/cm左右），在接地体周围会产生强烈的火花 放电。雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相邻杆塔, 另一部分雷电流经杆塔流入大

5、地，杆塔接地电阻呈暂态电阻 特性，一般用冲击接地电阻来表征。3. 防雷措施及分析3. 1雷击暂态分析雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，当塔顶电位与导线上的 感应电位差的幅值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生 由塔顶至导线的闪络。因此，线路的耐雷水平与3个重要因 素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体 的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的, 雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时， 提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在 山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路 屡遭雷击的原因。3.2加装线路避雷器及分析加装避雷器以后，当输电

6、线路遭受雷击时，雷电流的分 流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔，一部 分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分 流。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应 作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器 的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合 作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝 缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷 器具有很好的钳电位作用，这也是线路应用避雷器进行防雷 的明显特点。3. 3加装并联放电间隙及分析加装并联放电间隙主要运用于35 kv线路。从近几年 的雷击故障情况看，雷击主要为绝缘子闪络。为保护

7、线路绝 缘子，确保线路重合成功，采取了在35 kv线路上加装并 联放电间隙措施。3.4接地电阻改造及分析杆塔接地电阻是影响塔顶电位的重要参数，对于一般高 度的杆塔，当杆塔型号、尺寸与绝缘子型号和数量确定后， 降低杆塔接地电阻对提高架空线路耐雷水平、减少反击概率 非常有效。当杆塔型式、尺寸和绝缘子型式、数量确定后， 影响线路反击耐雷水平的主要因素是杆塔接地电阻的阻值。对一般高度的杆塔，降低接地电阻是提高线路耐雷水平、防 止反击的有效措施。暴露在空气中的接地极很容易氧化，建 议采d12 mm的圆钢接地，提高接地网使用年限，并在基础 开挖的底层实施深埋，尽量减少接地体长度。几种降低接地电阻方法优缺点

8、分析。外延接地体扩大接地网面积，增加与土壤的接触面积： 接地电阻与接地网面积的平方成反比，接地网面积增大，则 接地电阻减小。因此，利用扩大接地网面积来降低接地电阻 是可以有效降阻的措施。优点：简单易行。缺点：对变电站面积要求较高，尤其 当前变电站设计均比较小，此种方法实施比较困难。换土：换土的方法是用粘土、黑土及砂质粘土等代替原 有电阻率较高的土壤。优点：在接地极更换电阻率较低的土壤时很有效。缺点: 施工要求较高，换土量大，费用高。使用低电阻耐腐蚀接地材料：使用铜合金作为接地极， 大截面扁铜作为水平接地体，连接采用火泥熔焊，可有效减 小接地电阻，并且达到抗腐蚀目的。优点：可以保证接地的效果符合

9、系统要求，并免去日后 大量维护工作量与资金投入，施工简单、效果明显、可靠性 高。缺点：造价较高。4. 线路防雷工作建议4.1对架设避雷线的效果进行计算、分析及评价避雷线是架空送电线路最基本的防雷措施之一，其主要 功能为：接受雷电，防止雷直击导线；雷击塔顶时对雷电流 分流，以减少流入杆塔的雷电流，降低塔顶电位；与导线间 电磁耦合。运行经验表明，避雷线防止雷电直击导线的效果 在平原地区是很好的。可是在山区，由于地形、地貌的影响, 经常出现绕击、侧击、反击等避雷线屏蔽失效的现象。4. 2加强绝缘加强绝缘也是提高杆塔耐雷水平的措施之一，具体措施 是在杆塔尺寸允许条件下，每串绝缘子增加12片绝缘 子。加

10、强绝缘可以提高线路耐雷水平，在杆塔接地电阻比较 大时效果不如改进接地电阻显著；在杆塔接地电阻为正常值 530q 时，加强绝缘雷电反击跳闸率可降低为原来的 53. 6%70. 7%；接地电阻越低，加强绝缘降低跳闸率效果越 好。4.3提高线路本体绝缘，更换新型绝缘子受国内陶瓷绝缘子制造水平的限制，挂网运行的绝缘子 每年都有约0.3%的零值产生，应坚持定期检测，发现零值瓷 瓶及时更换，否则，就可能发生雷雨季节零值、低值绝缘子 遭雷击断串的事故。将普通瓷质绝缘子更换为防污型绝缘子、合成绝缘子及 玻璃绝缘子。由于玻璃绝缘子和合成绝缘子具有免维护等瓷 绝缘子不具备的优点，应优先考虑使用。如果经济能力允许 的话，建议可以采用国外制造的瓷棒式绝缘子。5. 结束语输电线路常规的