特高压输电线路防雷技术探讨

35kV输电线路防雷保护措施探究

摘要：现在电网发生雷击的现象很多,有的雷击现象不仅对电网造成影响,甚至危害了人的生命,因雷击电线出现意外事故的事情每年都有发生。所以相关部门对于输电线路的防雷设施更加重视,现在多数的线路电压都是35kv,这样低的电压更容易遭到雷击,所以必须对35kv的输电线路做好防雷措施,以免因雷电的击打发生不必要的影响,造成不必要的伤害。

关键词：35kV；输电线路；防雷保护；措施探究

引言

根据作用方式的不同，雷电可以分为感应雷和直击雷。对于感应雷的防范已经较为成熟，直击雷是目前防雷技术的主要研究对象。广东省清远市为丘陵地形，气候湿润，春夏季节常出现雷雨天气，极易发生雷击，为了能够有效地降低雷击造成的输电线跳闸率，减少雷击造成的停电现象，必须对输电线及杆塔进行防雷改造。防雷改造需要选择合适的防雷技术，并且要制定合理的防雷方案。

1. 由雷击引起跳闸的主要因素

一般而言，由于绝缘水平较低，35kV输电线路因雷击造成短路是无法避免的。雷击线路而造成的跳闸现象必须具有两个条件：一是单相接地短路形成，即由于脉络的原因形成的稳定工频电弧引发的线路跳闸；第二是线路的绝缘水平低于雷击的闪电过电压，造成休克线绝缘闪络，时间非常短暂，只有几十微秒而不足以有时间进行跳闸。

1.1线路杆塔的接地电阻值

雷击档距中避雷线时，一般情况下空气间隙不会发生闪络，而雷电流在向两边杆塔传播时，由于强烈的电晕，当传播到杆塔时，幅值已大为降低，如果杆塔的接地电阻不高，杆塔的电位的升高不足以引起绝缘子串发生闪络。雷击杆塔引起反击过电压时，绝缘子串能否闪络，与杆塔冲击接地电阻值有直接关系，接地电阻越大，塔顶电位越高，绝缘子串上的电位差越高，容易造成绝缘子串的闪络，甚至造成多串绝缘子串的同时闪络，导致相间短路，引起跳闸。

1.2消弧线圈的整定情况

消弧线圈的设置如果不准确，输电线路因为雷击容易引起导线当单相对地短路，此时的消弧线圈补偿是不够的，如果35千伏线路单相接地短路电流对电容电流，当消弧线圈补偿过大，单相接地短路电流感应电流。如果当单相接地短路电流大于10A时，单相接地将发生在形式的电弧形成稳态短路电流将不出去，但也不会形成稳定的短路电流，此时弧长的时间消耗较大，然后最后导致系统产生电弧过压引发跳闸。

王程技术　

浅谈高压架空输电线路的防雷措施　

姜海生　内蒙古电力勘测设计院内蒙古呼和浩特０１００２０　

【摘　要ｌ高压架空输电线路是电力系统的重要组成部分，决定着整　个电力系统的安全、稳定、可靠的运行，无论是高压输电线路还是超高压输　电线路，甚至是特高压输电线路，雷击故障仍是线路故障的主要原因之・。　本文在雷电防护研究的基础上，结合国内外输电线路发展现状和防雷的重　要性，提出了降低架空输电线路雷击跳闸率的几种措施　【关键字Ｊ高压；架空；输电线路；防雷措施　

前言　随着经济的发展和社会的进步，电力作为一种清洁高效的能源，在　生产生活中起到的作用越来越大。电力作为一个大的系统从生产到使　用由发电、输电、变电以及配电等环节组成，而输电是其中的必不可少　的重要组成部分。而目前输电的方式只有两种，一种是电缆，另一种是　架空线，目前全世界范围内主要采用的是架空，尤其是远距离的、高电　压更是如此，因此高压架空输电线路的安全稳定，决定着整个电力系统　的安全、稳定、可靠的运行。　影响高压架空输电线路安全稳定的因素有多个，其中由于雷击杆　塔或导地线而引起线路故障从而破坏整个电力系统的安全、稳定、可靠　的运行，仍然是危及线路安全运行的主要因素之一。多年来从事输电线　路相关的专业技术人员均对此高度重视，加大了防雷保护工作的研究力　度，尤其是超高压输电线路的防雷保护工作。　３５ｋＶ及以下电压等级的输电线路雷害的形式有两种，一个是感应　雷，另一个是直击雷ｔ　ｌ１ＯｋＶ及以上电压等级的输电线路雷害的原因则　只有直击雷，这一点是人们熟知的，但对于反击雷和绕击雷的判断则主　要是根据经验或发生故障后，在分析原因，有针对性地采取防雷措施。　因而或有判断失误，或对线路不利。　１．雷电防护概述　雷电防护有一套专门的理论。比如，雷电产生的机理，要研究大气　物理学，用物理学的方法探讨雷电产生的原因。雷电对电子设备的雷害　机理，需用大气电学的方法。研究雷电的防护方法，又涉及电工学，微电　子学和材料学。雷电流的大小、雷电的波形研究，一般通过理论推导和　现场实测，将现场实测的波形和理论推导拟合，这就需要用统计学的知　识合概率论的知识。雷电科学还是一门试验科学，由于雷电机理的研究　对雷电成因的解释许多出于假说，必须通过现场试验和模拟试验验证。　同时，防护设备的好坏必须通过实验室模拟试验和现场对比试验两个　环节，才可初步判断其好坏，最后，还要用统计学知识，对现场试验作　出科学判断。　２．叠击跳闸率　对架空输电线路而言，防雷保护工作的目的是尽量避免导线不受　雷击或雷击之后尽量使绝缘子不闪络，从而避免因产生工频电弧造成跳　闸。也就是说线路遭受雷击而不跳闸，不影响系统的正常供电就是架空　输电线路防雷的根本目的。而架空线路地处旷野，绵延成百上千公里，　而在雷电多发区经常遭受雷击的线路，即使加装了各种防雷措施也做　不到完全不跳闸，目前衡量某条线路雷击跳闸情况采用雷击跳闸率（定　义：架空输电线路在规定长度和规定雷暴日下因雷击引起的事故跳闸　次数），防雷设计就是要求出某条线路的雷击跳闸率，尽量降低雷击跳　闸率。　３．降低雷击跳闸率的主要措施　３．１措施之一架设地线　架设地线是高压架空输电线路最常用的，也是最基本的措施之一。　架设地线能最大限度的防止雷击导线，有效分流雷击塔顶时的雷电流　使塔顶电位降低，能有效降低塔头绝缘子串和空气间隙上的电压。　雷击跳闸率与地线的架设根数、架设距离及地线与导线的保护角　关系较大。　关于地线的架设根数，根据相关规范和国内外的运行经验，各级电　压的输电线路应采用的保护方式：其中ｌｌＯＲＶ输电线路宜沿全线架设地　线，在年平均雷暴日数不超过１５或运行经验证明雷电活动轻微的地区，　可不架设地线。无地线的输电线路，宜在变电所或发电厂的进线段架设　１－２ｋｉｎ地线。２２０－３３０ｋＶ输电线路应沿全线架设地线，年平均雷暴日　数不超过１５的地区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可架设单地　线，山区宜架设双地线。５００－７５０ｋＶ输电线路应沿全线架设双地线。　关于架设距离：规定杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与　导线间垂直距离的５倍。　根据运行经验对于多雷区和山区的送电线路，减少地线与导线的　保护角，可以非常有效的降低雷击跳闸率。而运行经验表明，高杆塔输　电线路雷击跳闸主要是绕击雷引起的，而小的保护角对绕击雷有很好　的防范作用。　因此，采用小的保护角、零保护角甚至负保护角尤其是对双回路塔　和高杆塔是减少雷击跳闸的有效措施。　对同塔双回路采用较单回路小的保护角，往往山区发生雷电绕击的　几率更大，在进行输电线路设计时，对于山区线路保护角的选取，应该　考虑到地面倾斜角对发生雷电绕击的影响。对于山坡上的输电线路杆　塔，大地倾斜角会使实际保护角增大，更容易发生雷电绕击。而采用负　保护角的方法可以有效地防止高压输电线路发生绕击事故。　３．２措施之二降低杆塔的接地电阻　对于一般高度的杆塔，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平降　低雷击跳闸率的既经济又有效的措施之一。因为雷电的电流强度具有以　下特点：电流幅值小的雷电流出现的几率大，而大幅值的雷电出现的几　率比较小，所以输电线路杆塔的接地电阻的作用会更加明显。　在土壤电阻率低的地区，可以充分利用铁塔、钢筋混凝土的自然接　地电阻，在高土壤电阻率的地区，用一般方法难于降低接地电阻时，可　以采用多跟放射形接地体，或连续伸长接地体，或者采用某中有效的接　地降阻剂降低接地电阻值。　３．３措施之三提高线路的绝缘配置　根据输电线路外绝缘设计原则，绝缘子串选择应同时满足工作电　压，内部过电压和雷电过电压三方面要求，一般不按雷电过电压的要求　来选择绝缘子串的绝缘强度，而是根据污秽条件下的工作性能选定绝　缘子片数，再校核操作过电压及雷电过电压。除个别高塔、大跨越外一　般不将雷电过电压作为选择绝缘子片数的决定条件，仅作为线路耐雷水　平校验。　但是在多雷区或对于已经建成的线路，可以通过改善绝缘来提高　线路的耐雷水平。是增加绝缘子的片数（增加绝缘子串长度）进而提　高放电电压。实验表明，增加线路的绝缘子串长度可以提高放电电压，　可以提高雷电击中杆塔顶部的耐雷水平以及减小绕击雷是引起雷击跳　闸。　３．４措施之四安装可控放电避雷针　可控放电避雷针相对于传统的避雷针来讲，该种避雷针不等雷电　场强增加到一定的程度就能够提前放电，保护半径更大，降低了每次接　闪时的雷电流脉冲强度，减少了雷电感应引起的二次效应，更为安全。　雷云对地面物体放电有上行雷闪和下行雷闪２种方式。一般来说，下　行雷闪时，先导自上而下发展，主放电过程发生在地面（或地面物体）附近，　所以电荷供应充分，放电过程来得迅速，造成雷电流幅值大，陡度高；上　行雷闪，一般没有自上而下的主放电，它的放电电流由不断向上发展的先　导过程产生，即使有主放电因雷云向主人电通道供应电荷困难，所以放　电电流幅值小，且陡度低。上行雷闪不仅雷击电流幅值小陡度低而且不　绕击，这是因为上行雷闪先导是自下而上发展，该先导或者直接进入雷云　电荷中心，或者拦截自雷云向下发展的先导，这样中和雷云电荷的反应在　上空进行，自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪还　（＞．＞下转第１＂１９页）

第３期（总第１４７期）　２００８年６月　山　西　电　力　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　ＮＯ．３（Ｓｅｒ．１４７）　Ｊｕｎ．２００８　

浅析１　０　００　ｋＶ特高压输电线路防雷　

汲胜昌　，周　焱　，张树林　（１．西安交通大学，陕西西安　７１００２９；２．山西省忻州供电分公司，山西忻州０３４０００）　摘要：特高压输电线路防雷，是保证特高压输电线路安全运行的重要环节之一。介绍并分析了利　用规程法和电气几何模型法对１　０００　ｋＶ特高压输电线路绕击、反击以及雷电直击中线进行雷击　计算的结果，并据此提出了减小１　０００　ｋＶ特高压输电线路雷击跳闹率的具体措施。　关键词：特高压；输电线路；电气几何模型；绕击；直击；反击　中圈分类号：ＴＭ８６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０３２０（２００８）０３—０００４—０５　

０　引言　特高压输电线路防雷，是保证特高压输电线路　安全运行的重要环节之一，充分了解和分析国外交　流特高压输电线路的运行情况，吸取经验，才能建　设成技术先进、经济合理、运行可靠的特高压输电　线路。　特高压输电线路的雷击有２个特点：一是线路　的绝缘水平很高，雷击避雷线或塔顶发生反击闪络　的可能性较低；二是线路杆塔较高，较易发生绕　击［１］。前苏联和日本为了防护雷电过电压，都对特　高压架空输电线路作了精心的防雷设计，有着丰富　的特高压输电线路设计、运行经验。因此，认真总　结已有的宝贵经验，研究提高特高压架空输电线路　的雷电性能，是当前我国开展１　０００　ｋＶ特高压输　电工程亟待解决的重要课题之一。　本文介绍了特高压输电线路雷电绕击、直击以　及反击的计算原理和方法，以及针对１　０００　ｋＶ特　高压架空输电线路雷击绕击、直击的反击的研究结　果，给出了特高压线路防雷的具体措施，可供工程　设计参考。　１　特高压输电线路的绕击计算及防护　目前，特高压输电线路绕击耐雷水平仍沿用高　

收稿日期：２００８－０４－０２。修回日期：２００８一Ｏ４—２Ｏ　作者筒介：汲胜昌（１９７６一），男，山东昌邑人，２００３年毕业于西　安交通大学电气工程系，博士，副教授；　周焱（１９７２一），男，山西五台人，１９９３年毕业于大　同电校农网专业，工程师；　张树林（１９６７－），男，山西五台人，１９８９年毕业于太　原电校电力系统及自动化专业，高级工程师。　・４　・　压及超高压输电线路绕击耐雷水平的计算方法，主　要是规程法和电气几何模型法（ＥＧＭ）Ｅ引。　１．１电气几何模型　电气几何模型是将雷电的放电特性与线路的结　构尺寸联系起来建立的１种几何分析计算模型。经　典电气几何模型（ＥＧＭ）的核心是绕击模型，基　本原理为：由雷云向地面发展的先导放电通道头部　到达被击物体的临界击穿距离（击距）之前，击中　点不确定，先到达哪个物体的击距之内，即向该物　体放电口］。如图１所示，若雷电先导头部落入ＡＢ　弧面，放电将击向避雷线，使导线得到保护，称　ＡＢ为保护弧。若先导头部落入ＢＤ弧面，则击中导　线，即避雷线的屏蔽保护失效而发生绕击，称ＢＤ　为暴露弧。若先导头部落人ＤＥ：￣ｚ面，则击中大地，　故称ＤＥ平面为大地捕雷面。随着雷电流幅值增大，　暴露弧ＢＤ逐渐缩小，当雷电流幅值增大到　时，　ＢＤ缩小为０，便不再发生绕击。电气几何模型通　过击距作图确定导线、避雷线、地面３者的受击区　域，得到导线被绕击概率，解释了导线屏蔽失效的　原因，比传统经验方法前进了一大步，目前在许多　国家得到推广和应用。　随着电气几何模型的发展，击距问题引起学者　们的重视。击距是电气几何模型中最重要的概念，　它决定了导线、避雷线和大地之间的受雷范围。目　前关于击距公式仍存在着分歧。中国电力科学研究　院开发的基于电气几何原理的避雷线屏蔽性能研究　程序［４　中采用了ＩＥＥＥ　ＳＴＤ，１２４３—１９９７推荐的击　距公式　］，见式（１）和式（２）。

高压输电线路的防雷保护

摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。由于用电量的逐年增加，电网系统内部线路复杂程度不断提升，在一定程度上增加了输电线路的运维难度。高压输电线路通常采用架空线路形式，雷击跳闸率较高，容易导致线路工作受到影响。伴随着社会电力需求的不断增加，还要加强线路防雷，避免人们的生产生活受雷击事件的影响。因此，还应加强高压输电线路综合防雷措施的研究，以便通过全方位管控减少或消除线路存在的安全隐患，保证线路正常运行，继而使电网经济取得健康持续发展。

关键词：高压输电线路；雷击；防雷

引言

随着我国电力网络建设规模的不断扩大，输电线路的复杂程度在逐渐提高，其在运行过程中很容易出现故障问题，尤其是雷击问题，电力企业需要加强对高压输电线路雷击问题的研究，制订综合防雷措施，降低输电线路出现故障的概率。

1雷电给高压输电线路带来的影响

在电力系统中，高压输电线路属于主动脉，需要连接用户与变电站，线路运行状态将给供电安全性和可靠性带来直接影响。而高压输电线路通常在野外空旷区域架设，具有走线长、纵横交错等特点，遭遇雷雨天气容易受到雷击，导致线路出现保护跳闸情况，给电力系统安全运行带来威胁。在未采取防雷措施的情况下，雷电将直接对线路产生电击，带来严重直击雷危害。如在杆塔被雷电击中后，电流急剧提升，导致杆塔顶部与导线产生较大电位差，发生闪络问题，无法与导线正常连通。在线路杆塔接地不良的情况下，与地面接触电阻阻值增加，导致线路因雷击产生过电压问题，继而引发线路故障。即便采取了防雷措施，在线路绝缘配置不足的情况下，线路也存在安全隐患。受雷云放电影响，输电杆塔可能产生电压，形成放电通道，造成绝缘线路击穿。而高压输电线路的绝缘配置容易发生老化，随着时间积累将面临一定雷电危害。目前，高压输电线路常采用避雷线防雷，隔断雷电与线路联系，但在避雷线杆塔保护角度设计不合理时，避雷效果不佳。因此在多种因素影响下，高压输电线路容易遭受雷电威胁，不利于电力系统长期提供稳定输电服务。