架空输电线路的防雷探讨

架空输电线路的防雷探讨

潘洪峰，李成

潘洪峰，李成(湖南省电力公司怀化电业局，湖南怀化418500)

摘要：由于环境的条件不断恶化，雷击引起的输电线路跳闸的事故日益增多，不仅影响设备的正常运行，而且极大地影响了日常的生产、生活。通过介绍雷电的形成、输电线路雷击的几种模式及防雷的基本原则，提出架空输电线路的防雷方法。

关键词：输电线路；防雷；方法

中图分类号：TM862文献标志码：A文章编号：1001-7836-

近几年来，由于环境的条件不断裂化，雷击引起的输电线路跳闸的事故日益增多，不仅影响设备的正常运行，而且极大地影响了日常的生产、生活。对于一个电力系统来说，发电机、变压器、开关等各类设备和用电设备都装在室内，虽然有些在室外，但变电站室外设备有避雷针的保护，因此雷击的可能性很小；而高压输电线路由于线长且广，又遍布各地，故最容易遭受雷击。电网中的跳闸事故以输电线路的故障占大多数，输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重最大、尤其是山区的输电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据统计，架空输电线路的供电故障60%左右是雷电引起的。因此做好输电线路的防雷保护，对降低电网事故率有重大作用。

雷电的形成与地形、地貌、大气气流和地球纬度有关，雷电大多数是线状雷，有时也会出现带形雷、链形雷和球形雷，雷电流75%～90%为负极性，其余为正极性。

我们知道，线路的防雷有四项基本原则：⑴尽量使导线不受雷击；⑵雷击之后尽量使绝缘不闪络；⑶闪络之后尽量不建立稳定的工频电弧；⑷工频电弧建立之后尽量不跳闸。归根结底一句话：雷击不跳闸，是架空线路防雷的根本目的。

经研究，雷电对于我们输电线路的雷击大致可分为三种情况：

1.雷击输电线路附近的地面或物体

当输电线路附近的地面遭受雷击时，就会在输电线路的三相导线上产生感应过电压，因为在雷电放电的先导放电阶段，在先导通道上积聚了大量雷云电荷，由于静电感应原因在先导通道附近的输电线路导线上也相应积累了大量异性束缚电荷。当雷击大地时，主放电开始，先导通道中的雷云电荷被迅速中和。此时导线上的束缚电因失去约束而变为自由电荷，它以电压荷的形式沿导线向两端流动，由于放电的速度很快，沿导线流动的感应过电压波的幅值就会很高。这种导线流动的电压波就是感应过电压，它的大小与主放电电流、雷击点与导线的距离及导线的悬挂高度有关。

S>65米时，Ug＝25×IHgv／S

S<65米时，根据我国模拟实验和运行经验，对一般高度的线路，其等值受雷面积的宽度为4Hgv，所以离线路更近的雷击实际上会被线路吸引而击于线路本身，由于地线的屏蔽作用，Ug＝α×Hgv(1-Hgv×K0／Hav)

2.绕击雷击中输电线路中的导线本身

雷绕击于导线的耐雷水平(以110KV线路为例，7片LXY1-70玻璃绝缘子)：

4U50%4U50%700

I2＝————＝————＝——＝7(KA)

Z400100

I2

雷电流超过的I2概率：lgP2＝－——＝83.3%

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3.雷击输电线路中除了导线以外的物体(地线、杆顶等)

以我省的Z1铁路进行计算(杆塔全高低于40米，波头可简化为取为斜角波，波头长度取2.6μs)：

地线金具长度＝0.287≈0.3米导线绝缘子长度＝1.436≈1.4米

铁塔全高为Ht＝36.2铁塔呼称高为＝29.7

B＝8.2D＝11.2tgθ＝(11.2-8.1)/2/6.5θ＝13.412o

设Fg＝12.45Fd＝8.55

⑴Hgv＝(35.2-0.3)-7.35×2/3＝30米

⑵Hav＝(29.7-1.4)-12.45×2/3＝20米

⑶双地线对下导线的几何耦合系数

⑷K＝K0×K1＝0.249×1.2≈0.3

⑸全塔的电感Lt＝36.2×0.5＝18.1(μH)

⑹雷击杆塔时的分流系数(双地线)：取0.86

⑺雷击杆塔时候的耐雷水平I1(LXY1-70玻璃绝缘子，Ri为工频接地电阻取10Ω)

U50%(700)

I1＝———————————————————————————————

(1-0.3)×0.86×10+(1-Ha/Ht)×0.86×18.1&pide;2.6+(1-30/20×0.25)×20/2.6

U50%(700)

I1＝—————————，I1＝56.89KA

6.02+1.474+4.81

当Ri＝20Ω，I1＝18.32KA，P1’＝61.91%。

当杆塔高度增高10米时，且绝缘子数量不增加时，I1＝55.07KA，P1’＝23.67%。

线路耐雷水平均随杆塔接地电阻的增加而降低。依据雷电流幅值累积概率分布的固有特点：低幅值雷电流出现的概率明显大于高幅值雷电流出现的概率。

I1

⑻雷电流超过的I1概率：lgP1＝－——P1＝22.57%

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⑼平原击杆率：

山区击杆率：

绕击率：θ＝14.976o＝15o

平原地区Pθ1＝0.135%

山丘地区Pθ2＝0.479%

⑽雷绕击于导线的耐雷水平：

4U50%U50%700

I2＝————＝————＝——＝7(KA)

Z100100

I2

⑾雷电流超过的I2概率：lgP2＝－——＝83.3%

88

由此可见，雷直击导线本身比雷击导线以外的物体出现的超过耐雷水平概率明显大得多。

⑿雷电流超过线路的耐雷水平时，虽然会导致一次雷击闪洛，但不一定意味着是一次故障。只要在雷电过程迅速消逝后，在闪洛点不随之建立工频电弧，就仍然照常送电。

在中性点直接接地系统中，建弧率：η＝(4.5E0.75-14)×10-2＝[4.5(U/Lig√3)]

从公式中可以看出建弧率与同绝缘的工作电场强度有关，电场强度越大，建弧的几率也越大。

⒀跳闸率：

平原地区：0.1×0.063×60×0.85×(8.2+4×30)×(0.2367/4+0.00135×0.833)＝2.484。

山丘地区：0.1×0.063×60×0.85×(8.2+4×30)×(0.2367/3+0.00479×0.833)＝3.414。

其中：τ1：雷电流波头(2.6μs)；τ2：雷电流波长(40μs)；di/dt：雷电流陡度；U50%：绝缘子串的50%正极性冲击放电电压；I：雷电流幅值(千安)；I1：耐雷水平(千安)；S：直接雷击点与线路的距离(米)；Hgv：地线悬挂的平均高度(米)；Hav：导线悬挂的平均高度(米)；K0：导线和地线间的几何偶合系数；K1：电晕校正系数；Fg：导线的弧垂；Fd：地线的弧垂；N：每年每100km线路的雷击次数；B：两根地线之间的距离；D：两边导线之间的距离；E：绝缘子串的平均运行电压梯度；α：感应过电压系数；β：杆塔分流系数；Υ：地面落雷密度；η：建弧率；n：雷击跳闸率；T：年雷暴日数；G：线路击杆率；P：超过耐雷水平I1的雷电流概率；P1：超过雷击杆顶耐雷水平I1的雷电流概率；P2：超过雷击导线耐雷水平I1的雷电流概率；Pθ：线路绕击率；θ：杆塔上地线对外侧导线的保护角(o)；Lt：杆塔的电感；Z：导线波阻抗(≈400Ω)；Ha：横担对地的高度；Ht：杆塔高度；R：接地电阻。

综上所述，输电线路避雷可以分为两点：

1.输电线路尽量减少被雷击次数；

在输电线路路径选择时候避开以下情况：雷暴走廊(山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处)：四周是山区的潮湿盆地(杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木，附近又有蜿蜓起伏的山丘等处)；土壤电阻率有突变的地带(地址断层地带，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，低土壤电阻率等处)；地下有导电性矿的地面和地下水位叫高处；当土壤电阻率差别不大时，有良好的土层和植被山丘，雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。

可减小输电线路被雷击后的过电压

1.架设地线。⑴分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；⑵通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；⑶对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

2.在双回路同杆线路架设中，采用不平衡绝缘方式架设，由于两线路绝缘不平衡，导致线路的防雷水平不同，防止双回线路同时跳闸；

3.降低接地电阻。从耐雷水平计算公式中及表格1中可以看出同样情况下，降低接地电阻对防反击雷起到明显的作用。采用扁铁接地，增加接地装置与土壤的接触面积，从而减小了冲击接地电阻。

4.在查线困难段加装耦合地线。一是增大避雷线与导线之间的耦合系数，从而养活绝缘子串两端电压的反击和感应电压的分量；二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流(减小公式中的)。

5.装设氧化锌避雷器。加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，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，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。为了充分利用有限的资金获得较好的效益，根据线路雷击特点，可以将线路避雷器先安装在下列杆塔：山区线路易击段易击点的杆塔；山区线路杆塔接地电阻较大且发生过闪络的杆塔；高杆塔且发生过闪络的杆塔；多雷区双回路线路易击段易击点的一回线路，同时在查线困难段条件许可应全部装设氧化锌避雷器。