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输电线路雷击对电网可靠性的影响作者：孙立华来源：《科技风》2016年第18期摘要：输电线路承担着电力输送的任务，是电力系统的的重要俎成部分。
然而，输电线路长度长，运行环境复杂，通常需穿越各种地形，包括雷电频繁区域，容易遭受雷击发生停电事故，影响电网可靠性。
输电线路遭受雷击是电网停电事故的主要原因之一，研究输电线路雷击对电网可靠性的影响，对减少输电线路雷击事故具有重要意义。
本文介绍了雷电参数及耐雷性能指标，对雷击跳闸率的计算方法及其考核进行了分析。
关键词：雷击；可靠性；耐雷性能；防雷雷击是导致电网停电事故的主要因素之一，输电线路分布广，网架结构复杂，绝缘水平较低，在雷暴天气容易遭受雷击，导致电力中断，降低电网的可靠性。
通过总结历年发生的雷害事故，发现雷击事故具有一定的可防御性，本文分析了雷电参数及耐雷性能指标，指出雷暴天气下电力设备的可靠性参数与雷暴特征参数具有一定关系，并给出了雷击跳闸率的计算方法，对研究雷暴天气下输电线路的可靠性以及增强电网抗雷击能力具有实际参考价值。
1 雷电参数及耐雷性能指标1.1雷电活动频度一个地区雷电活动的强弱可以通过长时间统计雷电在该地区的活动频度进行评估，包括雷暴日、雷暴小时。
雷暴日指一年内有雷电的天数。
雷暴小时指一年内雷电放电的小时数。
一般认为，雷暴日小于15天的属于少雷区，大于40天的属于多雷区。
1.2 地面落雷密度γ雷电包括雷云之间放电以及雷云对地放电，其中雷云对地放电是引起雷害的主要原因之一。
地面落雷密度γ是指每平方公里在一个雷暴日内，地面遭受到的平均雷击次数。
1.3雷电流幅值I雷电流幅值I是指当雷击后，所流过雷击点电流的大小，反应雷电强度。
1.4 雷击跳闸率n雷击跳闸率n是反应雷击跳闸的概率。
雷电流幅值大于线路耐雷水平时会发生冲击闪络，但断路器不一定跳闸，如果闪络发展为电弧，保护动作跳闸。
建弧率η是指雷击发展为工频电弧的概率，其计算公式为：建弧率η=（4.5E0.75-14）×10-2其中，E指的是绝缘子串平均工作电压梯度。
国家电力公司武汉高压研究所武汉 430074 0 前言我国在500 kV输变电工程设计方面做了大量的研究工作，取得了很大的成绩，但也有不足。
本文着重就500 kV输变电工程设计中的雷电过电压方面的问题提出一些看法。
1 500 kV变电所雷电侵入波保护 1.1 雷击点我国规程规定只计算离变电所2 km以外的远区雷击［1］，不考虑2 km以内的近区雷击。
而实际上对变电所内设备造成威胁的主要是近区雷击。
2 km以外的雷击，雷电波在较长距离传送过程中的衰减和波头变缓，在站内设备上形成的侵入波过电压较低，以它为考察的主要对象不合适。
这可能是沿袭中压系统和高压系统作法，认为进线段有避雷线或加强绝缘，不会因反击或绕击而进波。
实际上，进线段和非进线段并无本质差异，完全可能受雷击而形成入侵波。
在美国、西欧和日本以及CIGRE工作组，均以近区雷击作入变电所侵入波的重点考察对象。
我们所进行大量500 kV变电所侵入波的研究，也均是以近区雷击为主要研究对象，同时也考虑远区雷击。
大量研究表明，近区雷击的侵入波过电压一般均高于远区雷击的侵入波过电压。
有人认为雷击#1塔会在变电所形成最严重的侵入波过电压，以此为近区雷击。
这种想法在某些情况下可能是正确的，但在我国，大多数情况下不合适。
大量研究表明，#１塔和变电所的终端门型构架(也称#0塔)距离一般较近，雷击#1塔塔顶时，经地线由#0塔返回的负反射波很快返回#1塔，降低了#1塔顶电位，使侵入波过电压减小。
而#2、#3塔离#0塔较远，受负反射波的影响较小，过电压较高。
所以仅计算雷击#1塔侵入波过电压不全面。
进线段各塔的塔型、高度、绝缘子串放电电压、杆塔接地电阻不同，也造成雷击进线段各塔时的侵入波过电压的差异。
根据经验，一般为雷击#2或#3塔时的过电压较高。
建议我国现有规程对原以考虑2 km 以外的雷击改为主要考虑2 km 以内雷击，或者兼顾近区和远区雷击，以近区雷击为主。
1.2 雷电侵入波计算方法过去受条件限制，主要依靠防雷分析仪来确定侵入波过电压。
同塔双回输电线路的雷电反击计算及仿真蔡雨楠;叶赞【摘要】As the inductance of the double-circuit trans-mission line is very large, the line faces serious lightning-protection problems. In order to reduce the rate of transmission lines trips,it is necessary to study the influence factors of the lightening back-striking of the transmission line. This paper, using ATP-EMTP to establish the simulation model of the lightening back-striking,studies the changes of voltages at the Insulator 2 under different lightning current amplitudes. The paper calculates the lightening resistance level and lightning tripping probability of the transmission line under different impulse grounding resistances, different tower heights and different surge impedances. The calculation results show that reducing the earthing resistance or the height of the steel tower can effectively reduce the outrage rate of the double circuit transmission line,and when the wave impedance of the steel tower changes 10 percent independently,the back striking rate of the transmission line will change 20 percent accordingly.%由于同塔双回输电线路电感较大，将面临更加严苛的防雷保护问题，所以为了降低输电线路的跳闸率，有必要对输电线路雷电反击的影响因素进行研究。
山区集电线路雷电绕击分析及应用刘承祥【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P68-71)【作者】刘承祥【作者单位】国华投资河北有限公司【正文语种】中文雷电活动是一种正常的大气放电现象，从大气放电的原理方面分析，山区的雷暴活动较平原地区一般会相差几倍；在山区，由于下垫面较为复杂，之间的热力状况差异也较大，容易产生空气对流，因而积雨云出现的几率较大。
而起伏的山峦又使得空气运动呈现一种非常不规则的紊流状态，并能影响到相当高的高度，容易生成雷电天气。
此外，不稳定的暖湿气流进入山区，受地形作用的抬升，也极易成为积雨云。
由于风电场自身系统的特点也导致在山区的风电场包括机组、集电线路都成为雷击放电的主要对象。
影响山区风电场放电的因素主要包括：雷击密度、风电机组装机密度、架空线路的等效截收面积，其中雷击密度的单位是：次/（km2·年），机组的装机密度是：台/km2，架空线路的等效截收面积采用作图法根据线路总长进行计算。
在我国电力系统中往往还采用一个年落雷密度的参数，年落雷密度=雷暴日×地面落雷密度，以往在没有更科学的观测手段时，人们用耳朵听来记录雷电活动强度，即雷暴日。
而计算跳闸率最终需要的是每年单位面积的落雷数，而不是雷暴日或落雷密度，这两个参数不能完全反映雷电活动强度，为了得到年落雷密度，人们根据观测，对两者的关系进行研究，得出了一些经验公式，如国际大电网会议1980年提出的（我电力行业标准采用了该公式）：在利用雷电定位系统进行观测后，完全只用年落雷密度即可。
目前风电场沿用线路的跳闸率作为评价生产指标，但35kV系统标准中没有关于风电场集电线路或山区集电线路的跳闸率标准，目前属于空白区间。
一、放电形式根据过电压形成的物理过程，雷电过电压可以分为三种：首先是直击雷过电压，是雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压；感应雷过电压（雷电脉冲侵入），是雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。
输电线路雷击风险评估标准
输电线路雷击风险评估标准主要包括以下几个方面：
1. 雷击跳闸率：这是评估线路防雷性能的重要指标。
雷击跳闸率是指在每一百公里线路、40个雷电日中，雷击输电线路造成的线路保护装置的开断次数。
根据电压等级的不同，各线路的雷击跳闸率也有所不同。
例如，220kV 线路的雷击跳闸率指标为次/百公里·年。
2. 绕击风险控制指标（Sr）：这表示绕击造成的跳闸率，其计算方法为国家电网公司发布的《kV~500kV架空输电线路管理规范》中第八十九条中跳闸率规定值（规范中为40个雷暴日）乘以运行经验中绕击所占比例。
3. 反击风险控制指标（Sf）：这表示反击造成的跳闸率，其计算方法为跳闸率规定值乘以运行经验中反击所占比例。
4. 地闪密度：这是评估线路所在地区雷电活动强度的指标，可以通过气象部门或相关机构获取。
地闪密度越大，线路遭受雷击的风险越高。
5. 线路绝缘水平：这是指线路的绝缘配置情况，包括绝缘子类型、片数等。
绝缘水平越高，线路耐雷击的能力越强。
6. 接地电阻：这是指线路杆塔的接地装置的电阻值，接地电阻越小，线路耐雷击的能力越强。
综合以上几个方面的因素，可以对输电线路的雷击风险进行评估。
一般来说，雷击风险越低，线路的防雷性能越好。
反击跳闸率计算说明
1.反击跳闸率定义：
雷击跳闸率是指在雷暴日数40=d T 的情况下、100km 的线路每年因雷击而引起的跳闸次数。
它是由绕击跳闸率和反击跳闸率组成。
而反击跳闸率是指在雷暴日数40=d T 的情况下、100km 的线路每年因雷击杆塔后引起对导线的逆向闪络发生跳闸的次数。
2.规程法详细计算说明：
规程法中的线路反击计算，工程上应用起来简单方便，而且它经过了实践的检验，能够满足目前我国一般输电线路的雷电反击系统设计要求。
运行经验表明，在线路落雷总数中雷击杆塔所占的比例与避雷线根数及地形有关。
雷击杆塔次数与落雷总数的比值称为击杆率（g ），规程推荐的g 值如表1所示。
表1 击杆率（g ）
地 形
避雷线根数
0 1 2
平原 1/2 1/4 1/6 山区 — 1/3
1/4
雷击塔顶时，雷电流的分配状况如图1所示：
图1 雷击塔顶时的雷电流分布
由于一般杆塔不高、其接地电阻i R 较小，从接地点反射回来的电流波立即到达塔顶，使入射电流加倍，因而注入线路的总电流即为雷电流i ，而不是沿雷道
波阻抗传播的入射电流2
i。
由于避雷线的分流作用，流经杆塔的电流i i 将小于雷电流i ，它们的比值β称
为杆塔分流系数：i
i
t =β，总的雷电流：g t i i i +=。
杆塔分流系数β的值在0.86~0.92的范围内，各种不同情况下的β值可由表2
i
R i
R
i
R
t
i
t
L
2
g i
2
g i
i
查得。
表2 一般长度档距的线路杆塔分流系数β值
线路额定电压/kV
避雷线根数
β 110 1 0.90 2 0.86 220 1 0.92 2 0.88 330 2 0.88 500
2
0.88
规程法认为雷击塔顶时绝缘子串上的过电压包含四个分量：
(1) 杆塔电流t i 在横担以下的塔身电感L a 和杆塔冲击接地电阻R i 上造成的压降使横担具有一定的对地点位u a 。
)(dt
di L i R dt di L i R U a i t a
t i a +=+=β 式中dt
di
为雷电流波前陡度，可取平均陡度，即)/(6.21s kA I T I dt di μ=
=，其中I 为雷电流幅值(kA)，1T 为波前时间(μs)。
式中横担以下的塔身电感L a 的值可由
表3查得的单位高度塔身电感L 0(t)乘以横担高度h a 求得即t
a t a t a h h
L h L L =⋅=)(0，
其中L t 为杆塔总电感。
代入上式可得：
)6.2(t
a t i a h h
L R I U ⨯+=β
表3 杆塔的电感和波阻抗参考值
杆塔型式 杆塔单位高度塔身电感L 0(t)(μH/m) 杆塔波阻抗Z t (Ω) 无拉线钢筋混凝土单杠 0.84 250 有拉线钢筋混凝土单杠 0.42 125 无拉线钢筋混凝土双杠 0.42 125
铁 塔 0.50 150 门型铁塔 0.42 125
(2) 塔顶电压u top 沿着避雷线传播而在导线上感应出来的电压u 1，与上一分量u a 相似，杆塔电流i t 造成的塔顶电位为：
)(dt
di
L i R dt di L i R u t i t t t i top +=+=β
式中L t 为杆塔总电感。
应该指出，如果杆塔很高(例如大于40m)，就不宜再用一集中参数电感L t 来表示，而应采用分布参数杆塔波阻抗Z t 来进行计算，其值可以在表3中查得。
因塔顶电压波u top 沿避雷线传播而在导线上感应出来的电压分量u 1为：
)6
.2(1t i top L
R I k ku u +==β
其中，k 为考虑冲击电晕影响的耦合系数，可按下式得到
01k k k =
式中：k 1为电晕校正系数其值见表4：
k 0为导、地线间的几何耦合系数。
表4 耦合系数的电晕校正系数k 1 线路电压等级（kV ） 20~35 36~110 111~330
330以上 双避雷线 1.1 1.2 1.25 1.28 单避雷线 1.15 1.25 1.3 —
而k 0可以根据公式11
210Z Z k =来计算导线1与导线2之间的几何耦合系数。
因1121Z Z <，所以10<k ，一般架空线路的
k 0值约处于0.2~0.3的范围内。
式中11Z 称为导线1的自波阻抗，21Z 称为导线2与导线1间的互波阻抗。
对于架空输电线路来说可以根据以下公式计算自波、互波阻抗：
1111112ln 60Z r h v a ==、21'212121ln 60Z d d v a ==
式中2111a a 和分别为导线1的自电位系数和导线2与导线1之间的互电位系数，而21'2111,,,d d r h 的几何尺寸的定义见图2。
(3) 雷击塔顶而在导线上产生的感应雷过电压')(c i u 为
)1(6.20')
(k h h h I
u c
g c c i -=
式中：c h 为导线的平均对地高度，m ；
g h 为避雷线平均对地高度，m 。
(4) 线路本身工频工作电压u 2。
综上所述，在四个电压分量中，u 1与u a 同极性，u ’i(c)与u a 异极性，而u 2为工频交流电压，当发生雷击瞬间，它可能与u a 同极性，也可能与u a 异极性，取与u a 异极性的情况。
而在一般计算中通常不计入极性不定的工频交流电压u 2。
为了简化计算，可假定各电压分量的幅值均在同一时刻出现，那么作用在绝缘子串上的合成电压U li 的幅值为
⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=+-=)1(6.2)()1('0)(1k h h L k h h R k I U U U U c g t
t a i c i a li ββ
认为li U 等于线路绝缘子串的50%冲击闪络电压U 50%时，绝缘子串发生闪络，
与这一临界条件相对应的雷电流幅值I 即线路雷击杆塔的耐雷水平I 1
1r 12
d '
12d 2
'2
'1
1h
1 图
2 两根平行导线及其镜像。
