浅析架空输电线路山区防雷分析及改造方案

浅析架空输电线路山区防雷分析及改造方案

刘随成

（临汾供电公司山西临汾041000）

摘要：文章针对处于山西电网末端的临汾110~220kV输电线路雷击跳闸现状和雷电定位系统动作情况进行了分析，并根据不同的地形地貌、落雷区域及杆塔所处土壤电阻率，制定了不同的防雷改造措施（加避雷器、改善接地电阻等），并组织实施，起到了良好的效果，达到了防雷的目的。同时提出防雷要从源头抓起，线路的设计时就要根据线路的地形、地貌、落雷密度、及土壤电阻率的高低合理选择防雷设计，达到提前预防，减少线路雷害的目的。

关键词：输电线路；雷击；分析；改造方案

1、概述

1.1项目背景

架空输电线路和雷击跳闸一直是困扰安全供电的一个难题，雷害事故几乎占线路全部跳闸事故1/3或更多。因此，寻求更有效的线路防雷保护措施，一直是输电线路运行人员关注的课题。

临汾电网有4条220kV线路、5条110kV处于山西电网末端的中条山山区，线路所经地区为多雷区，中条山地区年均雷暴日达45-60之间。由于临汾电网处于系统未端，主电源线路为五条220KV桃平双回线及110KV永大、金古、绛古线，侯马作为重要的旅游城市，每年政治保电、接待任务繁重，其特殊性对电网的安全运行提出了更高的标准。而地处山西的临汾电网，线路雷击跳闸是整个电网跳闸的重要原因，经常占到跳闸总数的80-90%。且由于线路大多处于高山大岭，降低雷击跳部率对于日常线路设备的运行维护人员来说将大大降低劳动强度，因此如何有效防止雷击故障的发生，对防雷措施进行综合研究，尽量降低雷击跳闸率，其效益是不仅仅用金钱来衡量的。山区线路防雷综合措施主要分成三个方面，它们是：安装线路避雷器、杆塔接地电网改造。这些措施将从防止直击雷跳闸、反击雷跳闸两个方面对线路防雷起到综合作用。

1.2行业现状

目前输电线路本身的防雷措施主要依靠架设在杆塔顶端的架空地线，其运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造。由于其防雷措施的单一性，无法达到防雷要求。而以前所推行的安装耦合地线、增强线路绝缘水平的防雷措施，受到一定的条件限制而无法得到有效实施，如通常采用增加绝缘子片数或更换为大爬距的合成绝缘子的方法来提高线路绝缘，对防止雷击塔顶反击过电压效果较好，但对于防止绕击则效果较差，且增加绝缘子片数受杆塔头部绝缘间隙及导线对地安全距离的限制，因此线路绝缘的增强也是有限的。而安装耦合地线则一般适用于丘陵或山区跨越档，可以对导线起到有效的屏蔽保护作用，用等击距原理也就是降低了导线的暴露弧段。但其受杆塔强度、对地安全距离、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素的影响，因此架设耦合地线对于旧线路不易实施。因此研究不受条件限制的线路防雷措施就显得十分重要，将安装线路避雷器、降低杆塔接地电阻、安装可控放电避雷针进行综合分析运用，从它们对防止雷击形式的针对性出发，真正做到切实可行而又能收到实际效果。

1.3项目目标

通过进行安装线路避雷器、降低杆塔接地电阻措施的综合运用，有效降低线路跳闸率。从而大大提高中条山山区电网的安全可靠运行水平，确保城市旅游业及工农业、生产生活用电。

1.3.1雷击跳闸分析

高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压送电线路各种防雷措施都有其针对性，因此，在进行高压送电线路设计时，我们选择防雷方式首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因。

1）高压送电线路绕击成因分析

根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。对山区的杆塔，[1]计算公式是：

山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区设计送电线路时不可避免会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节；一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。

2）高压送电线路反击成因分析

雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，即Uj＞U50%时，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。

由以上公式可以看出，降低杆塔接地电阻Rch、提高耦合系数k、减小分流系数β、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际实施中，我们着重考虑降低杆塔接地电阻Rch和提高耦合系数k的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。

2.高压送电线路防雷措施

清楚了送电线路雷击跳闸的发生原因，我们就可以有针对性的对送电线路所经过的不同地段，不同地理位置的杆塔采取相应的防雷措施。

线路避雷器安装

运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。

线路避雷器一般有两种：一种是无间隙型；避雷器与导线直接连接，它是电站型避雷器的延续，具有吸收冲击能量可靠，无放电时延、串联间隙在正常运行电压和操作电压下不动作，避雷器本体完全处于不带电状态，排除电气老化问题；串联间隙的下电极与上电极（线路导线）呈垂直布置，放电特性稳定且分散性小等优点；另一种是带串联间隙型，避雷器与导线通过空气间隙来连接，只有在雷电流作用时才承受工频电压的作用，具有可靠性高、运行寿命长等优点。一般常用的是带串联间隙型，由于其间隙的隔离作用，避雷器本体部分（装有电阻片的部分）基本上不承担系统运行电压，不必考虑长期运行电压下的老化问题，且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。

线路的耐雷水平与线路绝缘子的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。

加装线路避雷器后，当线路遭雷击时，雷电流分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，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。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。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，这是线路避雷器进行防雷的明显特点。鉴于上述原理，在分析中条山区线路雷击跳闸资料的基础上，有选择的在220kV桃平Ⅱ线45#塔安装了3只带串联间隙的HY10CX1—180/470型金属氧化物避雷器，在110kV永大线86#和110kV金古线89#杆塔安装了6只带串联间隙的HY10（5）CX1—90/235型金属氧化物避雷器。每年雷季前进行避雷器动作情况检查，雷季结束进行记录。自挂网运行以来，永大线86#杆带间隙避雷器发现有动作次数记录，分别是：A相动作一次、C相动作两次。说明避雷器对防止雷击跳闸起到了一定的作用，以后又在110kV秦晋Ⅰ、Ⅱ线的27#-29#杆塔加装带间隙避雷器6基。

3.结语

架空输电线路作为电力系统的重要组成部分，由于其多选址在山区，易遭雷击事故，从而引起电压跳闸事故发生。研究架空输电线路防雷措施对确保电力系统正常稳定运行，提高供电质量具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]110-750kV架空输电线路设计规范，中国计划出版社，2010-7-1。