110kV線路雷擊故障分析及防范措施研究

洪培源

摘 要：根據已知的電力系統故障情況，輸電線路的故障占據其中的主要部分，而雷擊跳閘引起的輸電線路故障次數占比最高。因此為了提升電網運行的安全性、穩定性，有效降低輸電線路的雷擊故障，從而從根本上減少輸電線路雷擊跳閘事故的發生，對防雷新技術進行研究。

關鍵詞：110kV線路雷擊故障;防范措施

引言

隨著社會的快速發展，工業用電和居民用電隨之增加，電網的規模也變得越來越大，輸電線路數量穩步增加，同時社會對電網的安全穩定運行提出了更高的要求。輸電線路常常遭受雷擊故障跳閘，使人民生產生活受到影響，且雷擊跳閘故障與其它故障相比，更加難以準確預測，故本文對輸電線路防雷開展了一定的研究工作，以期能降低輸電線路雷擊跳閘率。

1.雷擊故障統計分析

電網輸電線路桿塔的防雷工作主要是依據本地雷電天氣的實際情況開展的。若雷電天氣較多，則輸電線路桿塔防雷保護設備需更加完善，對電網防雷所需要的投入也就更大。如果雷電天氣較少，在電網建設階段及運行維護階段，可以適當減少對防雷保護的投入，只需要考慮一些關鍵的檢測工序。雷暴日及雷暴小時是反映雷電活動頻繁程度的指標，其中雷暴日反映1年中雷電活動出現的天數，雷暴日并不能反映當天發生了多少次雷電活動及具體持續時間。雷暴小時則是描述雷電天氣出現雷電活動頻率的參數，若在1小時中出現雷電天氣則是個雷暴小時，雷暴小時與該小時內出現的雷電次數及每次持續時間并無直接關系。通常在實際應用過程中這兩個參數會與時間跨度相聯系，如月雷電日、月雷電時，季度雷電日、季度雷電時，年雷電日、年雷電時等等。雷電活動的統計需要大量的實際數據作為依據，以往長期的年平均雷暴日和年平均雷暴時作為統計數據，這樣的計算方法相對比較準確。

雷電的發生通常伴隨著其他的天氣情況，通常伴隨著強降雨、大風天氣等，且雷電的發生與地理位置有很大的關系，針對不同地域顯示出了完全不同的特性。在我國西北部雷電活動較少，屬于少雷區，年均雷電日在16以下，年平均雷電小時在6以下;而長江、黃河經過的區域雷電活動通常較多，年均雷電日在42以上;而華南地區因更加靠近赤道，天氣炎熱，夏天實際時長明顯多于其他地域，因而年均雷電日均在90及以上，屬于多雷區，因為該類地區在電網雷電防護方面的投入顯然是要遠遠多于雷電發生頻率較小地區的。

2. 110kV線路雷擊故障分析及防范措施

2.1降低接地電阻

接地裝置是指輸電線路桿塔與大地之間的回路。當電力系統發生短路等故障時，桿塔與大地之間的回路可以使故障電流等通過接地裝置迅速流入大地，保護系統、設備及人身安全。接地是電力系統中保障安全的一項重要技術措施，在停電檢修、設備安裝過程中都需要使用接地裝置來確保人身和設備安全。輸電線路與地之間的良好回路是降低系統雷擊跳閘率的保障，同時也是保護輸電線路安全穩定運行的最后屏障。線路桿塔的特性之一是其接地電阻，其大小也決定了雷擊形成電流流入大地的速度及壓降大小，故而設置合適的桿塔材料對防雷非常重要。綜上所述，接地裝置是電力系統中對雷擊防護最基本也是最重要的措施之一。

2.2架設耦合地線

在線路上架設耦合地線的作用是使線路導線與接地網絡之間的耦合增強，因為雷擊在導線上形成的感應電動勢與雷擊電壓方向相反，故而能夠使絕緣子間的壓降變小，從而能夠使線路遭受雷擊發生閃絡的概率變低。除此之外，耦合地線還擁有一定的電流分流效果，使桿塔分流系數減小w。

2.3增加避雷線

在輸電線路上安裝避雷線是比較常規的線路防雷措施，也是防雷比較有效的措施之，能夠有效預防雷電擊中桿塔導線，降低雷擊跳閘的概率，除此之外其還有以下作用：

（1）屏蔽作用，使導線出現過電壓的概率降低;

（2）分流作用，使雷擊電流快速灌入大地;

（3）耦合作用，降低絕緣子承受的雷擊電壓。

經分析得到，避雷線保護角的不同對線路防雷效果影響較大，且在避雷器保護角較小時防雷作用更加明顯，當其保護角為0°附近值時，線路均不會發生閃絡，此時避雷線對線路保護效果最佳，且當發生雷擊時，雷擊電流從避雷線與地形成回路，將電流快速灌入大地，有效地降低了雷擊跳閘故障發生，通常較小的保護角能夠由降低導線高度或將導線轉移至桿塔附近距離來實現。防雷效果除了與保護角有關，與雷云處在桿塔上方位置也有關，從上述表格看，當雷云位于距離桿塔1/4檔距時，避雷線對輸電線路的保護效果最好，當雷云位于輸電線路桿塔附近時，避雷線對輸電線路的保護效果比前述位置稍微差一些，原因是當雷云在桿塔附近時反擊雷對輸電線路桿塔及導線影響較大，會產生放電現象，但是避雷線保護針對的對象更多的是繞擊雷，故而受此影響較小。避雷線在電網應用較為普及，在220KV及其以上電壓等級的輸電線路中全部都設置了避雷線，而在一些涉鐵線路、城市生命線等的110KV線路避雷線也己覆蓋，如海拔較高地區或風口處的線路，其避雷線保護角通常設在15°-25°之間，針對不同地區及特點的線路可以根據實際情況來設定更小的保護角。

2.4安裝線路型避雷器

在線路上安裝避雷器在市廣泛應用于電網防雷工作，且多在雷擊概率較高及對防雷有更高需求的輸電線路上，將避雷器安裝在線路上，讓它和絕緣子連接，若雷擊電壓值超過安全值能保護絕緣子不發生閃絡現象，因此可以減小線路受雷擊跳閘的幾率，從而實現線路防雷。避雷器的工作機理是對雷擊電流有引導分流作用，使得雷電流首先快速流入到避雷器，然后再迅速從避雷器流入到大地中。根據模擬試驗及以往防雷擊數據可以得到，氧化鋅材料的避雷器具有非常好的陡坡響應，幾乎不存在放電延時，伏秒特性平滑，能夠很好的與線路絕緣子進行配合。此外，其切斷工頻電流續流的能力也較強，通常續流能達到uA級別，續流時間越小則對系統產生的影響越小。金屬氧化物避雷器因其優良的特性在電網較大范圍得到了應用，且效果較好，此種避雷器的技術也愈加成熟，積累的工程經驗也越來越豐富，通常采用金屬氧化物避雷器的情況有以下幾種：

（1）海拔較高的線路及發生閃絡概率較高的線路，桿塔檔距超過600m的桿塔，接地電阻較大的桿塔，雷云活動較多地區的桿塔;（2）桿塔所在地區地形復雜且氣候較為惡劣，因土壤電阻率較高而導致的較大接地電阻以及采用其他防雷設施并不能取得較好效果的情況;（3）避雷線及架設耦合地線不能對線路導線起到較好屏蔽作用的山坡及河流地區桿塔。

結語

伴隨著社會的進步與發展，整個社會用電量快速增加，電網的設備量越來越多，故障發生的次數必然增多。同時社會和人民對高質量的電能需求愈為迫切，是對電網安全運行的一大考驗。輸電線路大多位于野外，容易受天氣等多種因素影響而發生跳閘事故，造成正常生產生活損失巨大，而且相對于其他類型的故障，雷擊故障更加難以預測及控制，所以我們必須要針對電力系統防雷做更加細致的研究工作。

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