輸電線路雷擊的原因分析及對策

譚明君 李站東 王立生

摘要：本文對輸電線路雷電過電壓、耐雷水平、桿塔接地等進行了綜合分析和研究，其中重點討論了桿塔接地電阻偏大以及回路電阻偏高的問題，并提出了解決該問題的措施。

Abstract： This paper comprehensivly analyzes and researches the lightning over-voltage lightning resisting level， tower grounding of the transmission line， it mainly discusses the larger resistance of tower grounding and the higher loop resistance and puts forward the measures to solve the problem.

關鍵詞：輸電；防雷；接地；措施

Key words： transmission；anti-thunder；ground connection；measure

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0170-02

0 引言

張家口市地處山區和丘陵地帶，雷電活動較為頻繁，年平均雷暴日在40d以上，由于桿塔接地電阻偏大以及回路電阻偏高，輸電線路雷擊事故較為突出。其中輸電線路接地裝置的接地電阻值的大小直接影響到電力系統的安全運行，采取措施降低桿塔接地電阻能夠提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率。經調查發現，由于桿塔接地不良或回路電阻較大而發生的雷害事故占線路故障率的比例較高。這是由于雷擊桿塔頂部或避雷線時，當雷電流通過桿塔、接地裝置流入大地時，由于接地電阻偏高，造成桿塔頂部電位升高，從而發生跳閘事故。經歷年雷擊事故調查分析證明，發生雷擊事故的桿塔，大多是由于接地電阻偏高造成的，但是造成接地電阻偏高的原因較多，既有施工方面的原因，又有運行維護方面的原因，還有地質和環境條件的影響。為此，我們有必要對送電線路的雷電過電壓、桿塔接地裝置的接地電阻、以及接地電阻偏高的原因進行分析和研究，從而制定降低桿塔接地電阻的有效措施。

1 送電線路的雷擊過電壓

自然界包羅萬象，雷擊現象非常復雜，但從其后果的角度分析，可認為其是一個電流行波沿空氣通道注入雷擊點.需要注意的是在雷擊過程中不僅有電流行波，還有電壓行波，它們構成了電磁波，電磁筆傳播時接近光速。U代表電壓行波，i代表電流行波，Z代表該通道的波阻抗，三者的關系是Z=u/I，一般情況下Z取300Ω，若是導線或避雷線，Z在300-400Ω之間取值。

當雷擊桿塔頂部時，若桿塔接地電阻R=0，那么桿塔頂部則不會電位升高。此時電壓行波會隨著電流行波一同侵入，但會改變其極性由原通道反射回去，使正、負抵消，進而確保塔頂電位不變。然而反射的過程中不僅有電壓行波，還有電流行波，又因為R=0，那么電流會發生正的全反射，也就是說電流相當于翻了一倍，而事實上R=0不是客觀存在的，因此該轉化也并不完善，這時R上的電壓降使避雷線對地有一個電位，從而在其上出現的電壓行波，還要伴隨一個電流行波i=u/Z。電流行波i標志著避雷線的分流作用。但通常接地電阻R只有1-20Ω，故分流因素是次要的。一般將避雷線的分流計入后就認為電流基本上增加了一倍。

避雷線的作用是防雷，其原理是把電壓轉化為電流，利用很低的接地電阻泄入大地，進而實現降壓效果.因此可知，要想使避雷線真正的發揮作用，離不開低的接地電阻的支持，兩者是接近正比例關系。

2 輸電線路接地電阻與耐雷水平的關系

判斷線路耐雷水平的一個重要參數是輸電線路桿塔的接地電阻值，兩者之間有著直接的關系，依照相關規范標準，耐雷水平受不同接地電阻的影響如表1所示。分析表1發現，當沖擊電阻從10Ω增加到15Ω時，其耐雷水平下降20%；從15Ω增加到20Ω，其耐雷水平下降18%左右；從20Ω增加到25Ω其耐雷水平下降14%左右。這充分證明降低接地電阻是降低雷擊跳閘的一項重要措施。

3 輸電線路桿塔接地的一般要求

桿塔接地電阻的一般規定：

為了導泄雷電流入大地，以保持線路有一定的耐雷水平，設計送電線路的桿塔接地裝置是有效手段。在實際設計送電線路的桿塔接地裝置的過程中應嚴格依照相關規范標準進行操作和設計，滿足以下要求。有避雷線的線路，在雷雨干燥時，每基桿塔不連避雷線的工頻接地電阻不宜超過表2數值。

4 桿塔接地電阻偏高的原因分析

送電線路影響接地電阻的原因是多方面的，歸納起來有以下幾方面的原因。

①土壤電阻率高。特別是山區，由于土壤電阻率高，對桿塔的接地電阻影響較大，經調查證明，凡接地電阻超標的桿塔所處地段的土壤電阻率大都在2500Ω·m以上，有的地段甚至更大。

②地形復雜，地質條件差，土層薄或根本沒有土層，甚至部分地區都是巖石，給施工帶來了巨大的挑戰。

③施工方面的原因。由于種種原因，施工中無法做到盡善盡美，存在很多問題，比如沒按要求回填土、接頭部分焊接不良、接地體埋設深度不夠等。

④運行方面的問題。接地電阻異常的原因除了施工遺留的隱患，還可能是以下運行問題導致的，比如：1）由于接地體的腐蝕，使接地體與周圍土壤的接地電阻變大，特別是酸堿地，由于接地體常年在這些土壤中，接地體的腐蝕相當快，我們通過開挖接地裝置，發現接地體焊接頭處因腐蝕斷裂。2）由于水土流失嚴重，山坡地帶可能會出現接地體外露現象。3）由于架空地線與桿塔的連接不良，導致電氣上的開路；或者由于桿塔接地引下線與接地裝置的連接螺栓銹蝕，導致回路電阻變大。4）桿塔接地引下線或接地體異常。

5 降低雷電跳閘事故的幾點措施

降低雷電跳閘事故的關鍵是解決接地電阻偏大的問題，并認真分析原因，到現場進行嚴格的勘察和測量，然后有針對性的制定應對方案和措施，具體應做到以下方面：

①應認真勘察接地電阻偏高的桿塔所處的位置，并測量桿塔周圍的土壤電阻率，若發現土質較差或者土壤電阻率高，應采取應對措施，比如使用降阻劑/換土等。

②依照周期開挖檢查輸電線路接地裝置，若地質特殊還應該縮短開挖周期，同時依照相關規范標準對接地網進行更換改造。

③特別是要按周期使用鉗型接地搖表對桿塔接地系統的接地電阻和回路電阻進行測量，近幾年由于架空地線與桿塔接觸不良和接地螺栓銹蝕，引起回路電阻偏高，雷電通道不暢，造成雷電故障時有發生。若接地裝置的接地電阻較高，則按要求進行接地改造；當桿塔的回路電阻較高時應首先檢查桿塔與接地引下線連接是否牢固可靠，一旦檢查過程中發現其連接部位有銹蝕，應及時采取有效應對措施。如110kV三西線#23桿塔2003年發生雷擊故障，檢查接地電阻合格，通過查找發現桿塔與接地引下線連接的螺栓生銹，造成泄雷通道不暢，對#23桿塔及附近19基類似問題的接地螺栓進行除銹、打磨并涂導電脂后，運行至今，未再發生雷擊故障。若是避雷線支架與桿塔連接的穿心螺栓與桿塔接觸不好或避雷線金具銹蝕，則應考慮另外鋪設接地引下線。從而避免由于回路電阻偏高，而引發的雷電跳閘事故。

④改善輸電線路的電氣絕緣。針對輸電線路的大跨越桿塔/潮濕區/污穢區/雷害區等，應在符合設計要求的基礎上，適當增加1-2片絕緣子，以提高該段的電氣絕緣水平。

⑤提高線路的防雷水平。應在容易出現雷擊的線路段，加裝線路型氧化鋅避雷器，防止絕緣子串閃落，提高輸電線路的防雷性能。如220kV關鐵線#45塔位于山區，2010年發生雷擊故障后，對#45及前后各五基桿塔進行接地電阻改造，將其接地電阻降至7Ω以下，并加裝了塔頭避雷側針。2011年#45塔再次發生雷擊故障，考慮其在山區，屬于雷害嚴重區域，在其每相導線上加裝了線路型氧化鋅避雷器后，運行至今，未再發生雷擊故障。

6 結論

使強大的雷電流安全泄入大地，減少由于雷電流流過時造成的桿塔電位升高而引起的線路反擊，是輸電線路防雷的主要目的。雷擊桿塔頂時，通過架空地線部分雷電流會流到相鄰桿塔入地。而另一部分雷電流則經自身桿塔流入大地。因此，必須采取切實可行的降阻措施，確保輸電線路桿塔接地系統良好，是防止線路免遭雷擊，降低雷擊事故率的有效措施。

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