输电线路雷击跳闸事故分析与防治周献远

输电线路雷击跳闸事故分析与防治周献远

周献远李福根

国网安徽省电力有限公司检修分公司安徽合肥市230000

摘要：近年来雷电定位系统在电力系统得到广泛应用，通过该系统可以正确掌握雷电参数，对雷击跳闸的形式进行更加深入的了解，然后根据输电线路所处的地形地貌、雷暴特点以及经济性多方考虑，以采取更加科学有效的雷电防护措施。从我公司IlOKV薄英线防雷专项整治入手，对输电线路防止雷击跳闸的一些技术措施进行分析。

关键词：输电线路雷击跳闸防治

一、雷电的形成和放电过程

1.积雨云的形成过程

积雨云就是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏日这种升温更为明显，所以近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原理它就要上升，上方的空气层密度相对来说就较大，就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换、于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随高度逐渐增多。在冻结高度（—10℃），由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，形成云砧，这是积雨云的显著特征。

2.雷电的放电过程

（1）先导放电

由于电荷在云层中并不是均匀分布的，在密集电荷中心，当电场强度达到25—30kv/m时，附近的空气将被电离而出现导电通道，电荷沿着这一通道由密集电荷区向下发展，形成先导放电。先导放电一般是分级发展的.每级的长度为l0—200m，间歇时间是10—100?s。当向下移动电荷增加到足以使下一级空气电离时，将继续进行下一通道的先导放电。光导放电的平均速度为100—1000km/s。根据电荷的极性，可将先导分为下行负先导和下行正先导，这种雷称下行雷。当地面有高耸的突出物时，不论雷云的极性如何，都可能出现由突出物上行的先导，这种雷称上行雷。根据电荷极性，上行先导也分上行正先导和上行负先导，具有下行负先导和下行正先导的发展持性。

（2）主放电

当先导接近地面时，空气间隙中的电场强度达到较高的数值，这将使空气产生剧烈的游离，结果会从地面较突出的部分发出向上的迎面先导。当迎面先导和下行先导相遇时，先导放电通道发展成主放电通道，地面感应电荷与雷云电荷中和，出现大到数十至数百千安的放电电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随出现雷鸣和闪电，主放电过程为50—100?s，速度为光速的1/20—1/2。

（3）余辉放电

主放电完成后，云中的残余电荷继续沿着主放电通道流入地面，这一阶段称余辉放电阶段，余辉放电电流一般约为数百安培，持续时间为0.03—0.15?s。

（4）重复放电

由于云中可能存在多个电荷中心，当第一个电荷中心完成上述放电过程后，可能出现第二个、第三个电荷中心向第一个中心放电，因此雷云放电可能是多重性的，多重放电间隔时间为0.6—0.8s，主放电次数平均为2—3次，有时多达数十次，但第二次及以后的放电电流一般较小，不超过30kA。雷电的主放电由于时间短，能量并不大，但瞬间功率却非常大，足以对线路或其他地面物体造成重大伤害。

三、雷击跳闸的主要防治措施

1.架设避雷线，减小保护角

避雷线是线路中普遍采用的最基本的防雷措施，其保护作用有以下几种：

（1）降低线路绝缘所承受的过电压幅值。当雷电击于线路时，避雷线将雷电流引入大地，由于接地电阻各地点大小不同，因而会在杆塔顶部造成不同的电位；（2）避雷线对导线有屏蔽作用。电流波在避雷线中传播时雷线平行的导线在避雷线电压波磁场内，由于负荷作用获得—电位，降低了导地线间的放电电压；（3）避雷线的保护范围是用保护角来表示的。保护范围随线路呈带状分布。为提高避雷线对导线的屏蔽效果，减少绕线率，避雷线对边导线的保护角应尽量小一些。

2.降低杆塔接地电阻

随着杆塔电阻的增加，线路的耐雷水平明显降低，是呈指数规律降，直流线路更为突出。因此降低杆塔的接地电阻有着显著的防雷效果。降低杆塔电阻的主要方法有以下几种。

（1）允分利用线路的自然接地。在接地线中，充分利用混凝土结构中的钢筋骨架、金属结构等，它减小接地电阻、节约钢材以达到均衡电租接地的有效措施；（2）外引接地装置。如杆塔所在地方有水平敷设的地方，要设置水平接地体。它不但可以降低电频电阻，还可以有效地降低冲击接地电租，起到有效的防雷效果；（3）深埋式接地极。如地下深处的土壤电阻率较低，可采用坚井式或深埋式接地极。在选择埋设地点时应注意以下几种情况：选在地下水位丰富及地下水位较高的地方；杆塔附近如有金属矿体，可将接地极插入到矿体上，利用矿体来延长或加大接地体的几何尺寸。

3.填充电阻率较低的物质

（1）换土法。使用电租率较低的土壤换掉电阻率较高的土壤；（2）工业废物填充法。置换材料的特性应保证电阻率低、不易流失、性能稳定、易于吸收和保持水分、无腐蚀作用、施工方便、经济合理；（3）降阻剂法。这是最常用的一种方法。在水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂，对降低杆塔接地电阻效果明显；（4）铺设水下接地装置。如果杆塔附近有水源，可以考虑在水底或岸边布置接地极；（5）爆破接地装置。在高土壤电阻率地区，利用钻孔机在地面上垂直钻直径为100mm、深度为几十米深的孔，在孔中布置接地极，然后沿孔的整个深度隔一定的距离安放—定量的炸药进行爆破，将岩石炸裂炸松，接着用压力机将调成浆状的低电阻率材料压入深孔及爆破震裂的缝隙中，达到降低电阻的目的。

4.提高线路绝缘水平

提高线路绝缘水平是增强线路耐雷水平的主要方法之一，可通过增加绝缘子的片数来提高线路的耐雷水平，减小雷电反击事故发生的概率，是一种重要的雷电防护手段。

与瓷、玻璃绝缘子相比较，合成绝缘子的耐雷性能相对较差。特别是在110kV及以下电压等级的输电线路中显得较为突出。但合成绝缘子在耐雷方面也有优势的一面，合成绝缘子不会发生瓷绝缘子难以避免的零值、低值和玻璃绝缘子的伞裙自爆，因而不致产生因零值或低值绝缘子降低整串绝缘子的耐雷水平。

5.架设耦合地线

对已架设避雷线还经常受到雷侵害的杆段，如接地电阻受条件限制无法降低时，可在导线下入增加一条架空地线，称为耦合地线。耦合地线能使该基杆塔接地网与相邻杆塔接地网良好地连接起来。这样当雷电反击线路时能增大对相邻杆塔的分流系数和导地线之间的耦合系数，间接降低了杆塔的接地电阻。

6.安装免维护线路氧化锌避雷器

为了提高供电可靠性，减少线路的雷击事故，可采用在输电线路上安装氧化锌避雷器。线路避雷器和绝缘子并联安装，当雷电时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，阀片的非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，线路断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。免维护线路避雷器的选用原则：(1)避雷器能满足长期承受系统最高工作电压要求，应保证串联间隙在各种外力(如舞动、风摆等)作用时其尺寸基本不变：(2)避雷器本体阀片有足够大的通流能力：(3)避雷器保护水平与绝缘子串的绝缘可以很好地配合，能保证雷击时，无论是被保护段内还是段外，绝缘子串均不发生闪络；(4)避雷器的间隙能切断雷击后的工频续流；(5)线路重合闸不受避雷器本体发生故障影响：(6)线路上发生操作过电压时，避雷器不动作。因此，对薄英线进出变电站终端塔以及50#-66#、92#-107#安装线路避雷器，能有效雷击跳闸。

参考文献

[1]陈家宏，吕军等.输电线路差异化防雷技术与策略[J].高电压技术，2009.

[2]周泽存，沈其工等.高电压技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]陈景彦，白俊峰等.输电线路运行维护理论与技术[M].北京：中国电力出版社，2009.