输电线路如何防止雷击跳闸

输电线路如何防止雷击跳闸

段继波

（国网山西省电力公司太原供电公司输电运检室）

摘要：近年来，雷击引起的输电线路跳闸故障较多。雷击已成为影响输电线路安全可靠运行的主要因素。对供电工区来说防雷显得尤为重要，如果发生雷击事故，将造成大面积停电，事态严重时甚至会直接影响到井下职工的生命安全，因此有必要对雷击闪络做一系统分析，提出针对性的措施，降低雷击跳闸率，保证设备的安全稳定运行。

关键词：电力系统；输电线路；雷击跳闸

一、线路雷击过电压种类

1、雷电感应过电压。雷击于输电线路附近的地面时，可在导线上感应产生过电压，称为雷电感应过电压。感应过电压只会危害电压等级较低（如35kV以下）的输电线路。感应过电压的出现极为普遍，只要雷击线路附近的地面时，便会在架空线路的三相导线上出现感应过电压。此时的感应过电压的幅值一般不会超过300～400kV，因此不会引起导线闪络。

2、直击雷过电压。就是雷电直接击中线路引起直击雷过电压。直击雷过电压要比感应过电压的幅值大得多，因此对于线路防雷来说，主要是防直击雷。直击雷过电压又可分为反击雷过电压和绕击雷过电压两种：

（1）反击雷过电压。雷击于输电线路的杆塔或避雷线时，在杆塔的塔顶和横担上形成很高的电位，相应地在线路绝缘子串两端（即导线和横担之间）产生较高的电位差，造成雷击的线路跳闸故障。

（2）绕击雷过电压。当雷电绕过避雷线，即避雷线保护失效，直接击在导线上，由此造成的雷击线路跳闸故障。

二、雷击跳闸原因分析

1、避雷线的保护角度问题

架空线路对于避雷线的设置有着至关重要的作用，也是进行防雷最基础的措施。避雷线和导线保护角度，也就是避雷线与外侧导线间的连接线与避雷线和对面垂直线间的夹角都有着密切的联系。增加或减小保护角都会对避雷效果产生影响。跳闸的几率和保护角的大小存在正比关系，角度增大导致雷击概率增加，反之雷击概率降低，只有保护角减小到一定角度时，才可能有完全屏蔽雷电的效果。根据实际经验，直线杆塔出现雷击跳闸的几率和保护角有关，保护角的降低可有效地减少雷击。因此避雷线保护角的设置至关重要。

2、雷电绕击因素

雷电绕击跳闸率约占80%左右，是造成线路跳闸的主要原因，所以防止雷电绕击又是线路防雷工作的重点。雷电绕击率与杆塔高度、避雷线保护角及杆塔地面坡度呈递增函数关系。当塔高增加时地面的屏蔽效应减弱，绕击区变大。同时杆塔高度增加时电感增大，雷电流流过杆塔时产生的电压幅值增高。避雷线保护角与绕击区成正比，保护角越大形成的绕击区越大，从而使绕击次数增加。随着地面坡度的增大，导线的暴露弧段也将增大。当线路沿山坡走向架设时，山坡外侧绕击区增大，绕击次数增加，山坡内侧绕击区减小，绕击次数减少。满足设计规程要求的超高压线路具有较高的防反击水平，但由于山区地面倾角的影响，大大降低了避雷线屏蔽的有效性，特别是转角塔，由于绝缘子倾斜，内角相导线向线路外侧偏移，从而减弱了地线对导线的防雷保护，使线路雷击故障的概率增加。

3、其它因素

随着杆塔接地电阻的增加，线路耐雷水平会明显降低。线路架设密度的增加也会加大遭受雷击的几率。另外部分雷电流幅值超过设计耐雷水平，会直接造成反击闪络事故。绝缘水平不足造成耐雷水平下降，如绝缘子设计串长为25片，加上均压环后其有效空气间隙约为23片串长，并且塔头间隙尺寸偏小，导致线路耐雷水平先天不足。对于500kV超高压线路，合成绝缘子发生雷击闪络多与均压环位置安装缩短了绝缘长度有关。因此在电气间隙允许的范围内，适当增加绝缘子长度是十分必要的。但是绝缘子长度的增加，必然会减少绝缘子串对杆塔的风偏裕度，增大了绝缘子串发生风偏跳闸的机率。在增加绝缘子长度的同时，需要增加相应的重锤片，才能解决线路防雷和防风偏两者统一的问题。

三、雷击跳闸的主要防治措施

1、架设避雷线，减小保护角

（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、加强线路绝缘

在所有防雷措施中，采用加强绝缘的方法是最经济、也是最容易实现的。增大绝缘时的效果，一是提高了绝缘水平，从而提高了反击和绕击的耐雷水平；二是降低了建弧率；三是减少了保护角。由于大跨越、高杆塔线路雷击过电压高于一般线路段，为降低其跳闸率，可加大大跨越档距导线与避雷线之间的间距，或者增加线路绝缘子串的片数，以加强绝缘。

但是受制于塔头尺寸、风偏以及荷载等因素的影响，加强绝缘的方法不适用于老线路防雷改造，更多情况只能用于新建线路。

3、完善测试方法，确保接地装置完好

雷击闪络与接地装置的完好性有直接的关系，因此降低杆塔接地装置的接地电阻是减少雷击跳闸发生的有效手段。从导泄雷电流的角度讲，接地电阻应考虑整个泄流通道的电阻，是接地体电阻、接地引下线电阻和接触电阻的总和。

架空线的防雷工作是一项长期复杂的系统工程，从工程设计阶段就要认真加以考虑，应根据本地的实际情况，采取切实可行的防雷方案，选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备。同时真正按照等电位的原则，做好符合要求的共用接地网，综合考虑防雷与接地，只有这样输电线路和设备才能避免遭受雷击。

4、输电线路利用V串设计来降低跳闸率

V型绝缘子串被广泛的应用在电力工程的高压工程中，不但能够缩减工程成本，还能够降低雷击带来的负面反应。V型绝缘子串的设计要保持各个安装部件受力的均衡性，尤其是各个相关器件的连接处，要能够适应分裂线路的布置特点。V型绝缘子串的连接要尽量紧凑，串长与总长比例不能低于0.85。考虑到工艺、施工、监测调节方便要避免金属部件过长，因为过长会造成杆塔头部尺寸变化，也削减了绝缘子串的闪络电压。此外，还要改进V型绝缘子串电压的分布，才能够避免或减少无线的电干扰。V型绝缘子串的设计要能够带电检修。

结语

高空中的雷云在起电、移动和先导放电的过程中经常会形成一个断开的回路，如此一来将会和架设在高空中的输电线路产生静电感应。当高空中的雷云对大地放电时，输电线路中将会产生大量的自由电荷以冲击波的形式向两端移动，从而造成雷击故障。随着电力事业的不断发展，雷击引起的输电线路跳闸故障日益增多，严重影响了日常的生产生活与电网的安全运行。因此，深入分析输电线路雷击故障及防雷措施具有十分重要的意义。

参考文献

[1]吴广宇.过电压防护的理论与技术[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2]陆峙酉，安启良.输电线路雷击类型及防雷保护探讨[J].科技创新与应用，2013，（36）：36.

[3]许磊，陈美权.浅谈架空输电线路跳闸故障的智能诊断[J].通讯世界，2015，10（10）：176-177.

[4]赵淳，阮江军，李晓岚，等.输电线路综合防雷措施技术经济性评估[J].高电压技术，2011，（2）.