500kV高壓輸電線路的雷擊故障分析及其防治

董 秦

（陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102）

1 輸電線路雷擊跳閘事故的原因分析

1.1 自然因素

雷電活動有很強的氣候特征和區域特點。近年來，由于氣候惡化等自然原因也造成雷電活動的增加，據數據顯示：我國雷電自然災害在近十幾年中有不斷上漲的跡象，其中2002年和2006年增長比較明顯，高達4881次和6161次之多。而一些降雨多發地區以及山區、峽谷等典型地域氣流活動更加劇烈，落雷的概率也隨之增加。

1.2 避雷線的保護角

在防雷措施中架設避雷線是高壓輸電線路最有效的方法。避雷線的保護角的大小與防雷效果有著密切的聯系。跳閘率隨著保護角的增大而增加，繞擊率則隨著保護角的減小而降低。當保護角降低到一定程度時甚至可以起到屏蔽作用,保護導線不受到繞擊。因此避雷線的保護角設置不合理是造成雷擊故障的原因之一。

1.3 線路的絕緣水平

根據相關部門的統計結果，早期投入運行的線路在投運的初期有著很好的防雷效果，但是由于各種原因，運行若干年后，當初的設計方案已經無法抵御如今的雷電襲擊，而且由于長期遭受風吹、日曬、沙塵等惡劣自然條件的影響，絕緣能力逐漸下降，由于沒有及時有效的維護，隨著接地體通流能力的下降，將導致跳閘率明顯增加。

1.4 桿塔接地電阻

桿塔接地電阻值的大小決定了將雷電傳導至大地的能力，阻值越小，傳導能力越強。如果阻值過大，雷擊時大量的電荷無法快速釋放將抬高塔頭電位，有可能造成絕緣擊穿，提高了斷路器跳閘的概率。

一般情況下，在經過各種措施進行降阻處理后，接地體的阻值在短期時間內基本符合要求，但是隨著降阻劑的流失以及腐蝕等原因，接地電阻的阻值逐漸上升。如果沒有定期的對線路接地體和引下線進行腐蝕情況檢查，加之測試接地電阻時的測量誤差等情況，將導致線路的接地電阻無法滿足防雷要求。遭受雷擊時就容易發生跳閘事故。

2 線路耐雷水平影響因素的研究

2.1 影響反擊耐雷水平的因素分析

影響反擊耐雷水平的因素主要包括桿塔高度、接地電阻、絕緣子片數等。

桿塔高度是決定輸電線路反擊耐雷水平的一個重要因素，隨著桿塔高度的增加其落雷的概率將增加，原因主要有兩個：（1）引雷面積跟塔高正相關；（2）塔頂被雷擊中時，雷電波在桿塔中正向傳播的時間與反向返回的時間都與桿塔的長度正相關，塔頭及橫擔電位由此上升，引起發生反擊的可能性增加。

接地電阻值的大小決定了傳導雷電的能力。以DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中500 kV典型酒杯塔的塔形尺寸和絕緣子串的50%雷電沖擊絕緣水平試驗數據如表1所示[3]：

表1 桿塔接地電阻與耐雷水平的關系

由表1可以看出高壓線路的耐雷水平隨著桿塔接地電阻的增加而發生明顯的降低。

絕緣子片數決定了絕緣子串兩端的閃絡電壓，因此，絕緣子片數與高壓線路的耐雷水平密切相關。選擇輸電線路的絕緣子片數時主要考慮工作電壓的影響，按污穢條件選擇絕緣子片數后，再按操作過電壓進行校驗。一般絕緣子的絕緣強度不按大氣過電壓的要求來選擇，而是根據已選定的絕緣水平對線路的耐雷性能進行估計，僅在個別高塔、大跨越和需要提高耐雷水平的場合才考慮適當增加絕緣子的片數[4]。

2.2 影響繞擊耐雷水平的因素分析

影響繞擊耐雷水平的因素主要有桿塔高度、地面傾角、絕緣水平、絕緣配置方式、擊距公式及風擺角等。

桿塔的高度不同其繞擊跳閘率也不同。因為桿塔的結構、排列方式以及幾何參數決定了屏蔽弧和暴露弧的范圍和位置。通過對桿塔結構進行優化可以減小線路的暴露弧范圍，增強線路的的防繞擊能力。

有研究顯示：當地面傾角在時，繞擊跳閘率與地面傾角的變化為正相關。高于時，繞擊跳閘率與地面傾角的變化為負相關。所以在地面傾角增大到之前，跳閘率隨著角度的增大而增大。當大于時，跳閘率則隨著角度的增大而減小。

絕緣子的片數對高壓輸電線路的繞擊耐雷水平也有著直接的影響，輸電線路的防雷能力隨著絕緣子片數的增加而加強。故根據輸電線路所處的地域特征、氣候特征等進行合理的配置，可以提高其繞擊耐雷水平。

對雙回線路的A、B、C三相采取不平衡絕緣配置方式 （對容易遭受繞擊的中相導線多懸掛一片絕緣子）與采取平衡配置方式相比，繞擊跳閘率有顯著的降低。因此，在線路的實際運行時采用不平衡絕緣配置方式，可以提高線路的抗繞擊能力。

擊距公式有很多，目前常用的擊距公式及其繞擊跳閘率如表2所示：

表2 擊距公式及其繞擊跳閘率

由表2可以看出，擊距公式不同，繞擊跳閘率也有明顯的不同。至于哪種擊距公式的計算結果更符合實際情況還沒有定論。需要對現有的模型進行不斷的修正和完善才能找到更接近真實繞擊閃絡機理的模型和表達式。

當風速較小時對耐雷性能的影響較小，可以忽略。而當風速較大時，風擺角增大，對輸電線路的繞擊跳閘率有著明顯的影響。雷雨天氣時，常常伴隨著大風所以風速的影響更不容忽視。特別是對于跨山谷和沿山頂的線路，其所處環境的風速一般都比較大，風速的影響更應該引起重視。

3 高壓輸電線路雷擊跳閘的防范措施

3.1 架設避雷針

實踐表明，安裝可控放電避雷針及防繞擊避雷針是防雷的主要措施之一。安裝這些裝置可以有效提高輸電線路的防雷能力，切實降低線路的雷擊跳閘率。避雷針的安裝可以增大塔頭附近導線、地線的耦合系數,減小作用在絕緣子串上的電壓,起到提高耐雷水平的作用。防繞擊避雷針的設計，除了最大限度地滿足防雷擊的電氣特性以外，安裝于架空線路時還應該考慮到其所必需的各項機械性能。滿足防雷擊的電氣特性是指降低繞擊率。安裝于架空電力線路所需的機械性能是指其應具備足夠的握力、通流能力、抗振動疲勞的能力和抗不均勻覆冰扭轉的能力[6]。同時其頻率特性及線夾出口振動角也應該符合有關標準的要求。

3.2 減小避雷線的保護角

為已經運行的輸電線路裝設防繞擊避雷針，使金屬側針水平方向從避雷線掛點向外伸以減小塔頭附近的保護角，從而增大保護范圍。依據塔形的特點，將安裝防雷側針后的保護角設定全部小于，部分塔形甚至是負角。發生雷擊時，避雷針的接閃作用明顯，能夠將較大的雷電流引向避雷針，從而降低繞擊發生的概率。

3.3 增加線路的絕緣水平

輸電線路的防雷擊跳閘能力與線路的絕緣能力正相關。合理有效地對絕緣配置進行調整，并采取相關措施提高輸電線路的絕緣能力將能有效的降低雷擊跳閘事故。

3.4 降低桿塔的接地電阻

通過對腐蝕嚴重，檢測不合格的桿塔接地網進行更換改造，采取科學有效的降阻措施，可以降低桿塔的接地電阻，提高輸電線路的耐雷水平，減少因接地電阻超標而引起的雷電反擊跳閘次數。

4 結論

本文對500kV輸電線路的雷擊故障進行了分析，分析了影響耐雷水平的各種因素并提出了一些防治措施。基于以上工作得出了以下結論：

4.1 輸電線路雷擊跳閘事故的原因包括氣候、地形、地貌等自然原因以及避雷線的保護角過大，線路的絕緣水平下降，桿塔接地電阻不符合標準等其他因素。

4.2 影響輸電線路耐雷水平的因素包括桿塔幾何尺寸、接地體阻值大小、絕緣水平、絕緣配置方式、地面傾角、風擺角以及分析耐雷水平的方法等。

4.3 通過架設避雷針、減小避雷線的保護角、增加線路的絕緣水平以及降低桿塔的絕緣水平可以有效地防范輸電線路的雷擊跳閘事故。

［1］楊澤明.南方電網500kV交流輸電線路防雷策略及外絕緣合理配置方案研[J].南方電網技術，2009（6）.

［2］陳家宏.輸電線路差異化防雷技術與策略[J].高電壓技術，2009（12）.

［3］馬釗.500kV輸電線路雷擊跳閘原因分析及防范措施[J].河北電力技術，2010（29）.

［4］趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京:中國電力出版社,2004.

［5］楊翠萍,司馬文霞.重慶地區自渝 500kV輸電線路的防雷性能[J].重慶大學學報,2001,24(5):98-102.

［6］國網電力科學研究院.輸電線路綜合防雷措施的研究[R].武漢:國網電力科學研究院,2006.

［7］覃華，黃文京，朱普軒.500kV緊湊型輸電線路防雷性能研究[J].南方電網技術，2009,3(5)：89-93.

［8］莫付江，陳允平，阮江軍.輸電線路桿塔模型與防雷性能計算研究[J].電網技術，2004，28(21)：80-84.