输电线路的防雷设计计算
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【关键词】输电线路；防雷设计；设备保护；绝缘损坏；电位梯度；耐雷水平
0 引言
输电线路是电力系统的大动脉， 它将巨大的电能输送到四面八 方，是连接各个变电站、各重要用户的纽带。 输电线路的安全运行，直 接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。 因此，输电线路的安全 运行在电网中占据举足轻重的地位，也是实现“强电强网”的需要，也 是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。
雷 电 流 可 以 根 据 im=（Im/2）×（1－cosωt）计 算 （见 图 1），从 而 可 算 出 塔顶电位 Ul=im×R，其中 R 为杆塔的接 地 电 阻 值 。 Ul 再 乘 上 一 个 考 虑 耦合的系数（1-K），就是实际作用于导线绝缘上的电压。 如 果 它 超 过 绝缘子的 50%闪络电压，就可以认 为 要 造 成 闪 络 ，雷 电 对 线 路 放 电 引 起绝缘闪络时的雷电流临界值，称作线路的耐雷水平。 线路的耐雷水 平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
根据理论分析和实测结果，有关规程建议，当雷击点距输电线路 的距离 s 大于 65m 时， 导 线 上 产 生 的 感 应 过 电 压 最 大 值 可 按 下 式 计 算：
U=25×I×hd/s （kV） 式 中 ，I 为 雷 电 流 幅 值 ，kA；为 导 线 悬 挂 平 均 高 度 ，m：为 雷 击 点 至 线 路 的 距 离 ，m。 感应过电压的幅值与雷电流幅值 I 及导线平均高度成正比；与雷 击点到线路的距离 s 成反比。 感应过电压的极性与雷电流极性相反。 由于雷击点的自然接地电阻较大， 所以最大电流值 可 采 用 I≤100kV 进行估算。 实测表明，感应过电压峰值一般最大可 300-400kV。 这对 35kV 及以下的水泥杆线路将可能引起闪络事故； 对 110kV 及以上的 线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，且感应过电压同时 存在于三相导线上，故相间不存大电位差，只能引起对地闪络，如果两 相或三相同时对地闪络，才可能形成相间闪络事故。 更多的雷击，则因线路的吸引，而击于线路本身。 当雷直击于杆塔 或线路附近的避雷线时，周围迅速变化的电磁场将在导线上感应出相 反符号的过电压。 在无避雷线时，对一般高度的线路，这一感应过电压 的最大值可由下式计算： U=a×hd （kV） 式中，a 为感应过电压系数，kV/m，其值等于以 kA/us 为单位的雷电 流平均陡度值，其由给定的雷电流幅值 I 和波头时间决定，取 a=I/2.6。 2．1．2 有避雷线时的感应雷过电压 如果线路上挂有避雷线，则由于其屏蔽作用，导线上的感应过电 压将会下降。 假定避雷线不接地，在避雷线和导线上产生的感应过电
2013 年 第 9 期
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○电力与能源○
科技信息
输电线路的防雷设计计算
张俊心 （宁夏先科电力设计咨询有限公司，宁夏 银川 750001）
【摘 要】输电线路雷害事故引起的跳闸，不但影响电力系统的的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且由于输电线路上 落雷，雷电波还会沿线路侵入变电所。 而在电力系统中，线路的绝缘最强，变电所次之，发电机最弱，若发电厂、变电所的设备保护不完善，往往 会引起其设备绝缘损坏，影响安全供电。 由此可见，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。
对中性点有效接地电网有：
E=Ue / 姨姨 3 姨 姨 Lj +0.5Lm 姨
对中性点非有效接地的电网有： E=Ue / 姨 姨 2Lj +Lm 姨 姨 式中，Ue 为额定电压，kV；Lj 为月绝缘子串长度，m；Lm 为线路的线 间距离，m（对铁横担和钢筋混凝土横担线路，Lm =0）。 显然，降低建弧率可采取的措施是：适当增加绝缘子片数，减少绝 缘子串上工频电场强度， 电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式， 防止建立稳定的工频电弧。
2 线路感应雷过电压和直击雷过电压的计算
2．1 感应雷过电压 当雷云接近输电线路上空时，根据静电感应的原理，将在线路上
感应出一个与雷云电荷相等但极性相反的电荷， 这就是束缚电荷，而 与雷云同号的电荷，则通过线路的接地中性点逸入大地，对中性点绝 缘的线路，此同号电荷将由线路泄漏而逸入大地。
此时如雷云对地（输电线路附近地面）放电，或者雷击塔顶但未发 生反击（它们之间的差别仅在于后者以杆塔代替部分雷电通道），由于 放电速度很快，雷云中的电荷便很快消失，于是输电线路上的束缚电 荷就变成了自由电荷，分别向线路左右传播。
图 1 雷电流波形图
但是，当雷电流超过线路的耐雷水平时，虽然会导致一次雷电闪 络，却并不一定意味着一次故障。 这时候，雷电流沿击穿通道入地，但 时间只有几十微秒，线路开关来不及动作。 只要在雷电过程迅速消逝 后，在闪络点不随之建立工频.电弧，就仍然可以照常供电。 只有当沿 击穿通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧，引起相间短路线路才 会跳闸停电。 雷电闪络后是否会使工频电流乘虚而入，这是一个机会 问题，通常用建弧率来表示。 它是一个随机变量，与单位长度的绝缘上 所实际作用的工频电压有关， 也就是同绝缘的工作电位梯度有关，这 个电位梯度越大，建弧的机会也越大。 因此，当绝缘子串发生闪络后， 应尽量使它不转化为稳定的工频电弧， 因为如果工频电弧建立不了， 线路则不会跳闸。 由运行经验与试验数据得出，冲击闪络转化为稳定 工 频 电 弧 的 概 率 （建 弧 率 ）的 计 算 公 式 为 η=（4.5E0.75-14）%，其 中 η 为 建弧率；E 为绝缘子串的平均工作电压梯度，kVr.m.s/m。
1 输电线路耐雷水平的计算
输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。 其中雷击跳闸率通常是假定在每年 40 个雷电日的情况下， 每百公里 线路每年因雷害而可能跳闸的次数，它可用来衡量不同设计方案的相 对优劣，并不能代表线路实际运行中真实遮断情况。
由于平等导线之间存在着互感和线间电容，因此一旦在避雷线上 出现电压行波时，在相导线上就要耦合出一个相应的电压。 真正作用 在绝缘子的电压是它们二者之差，即 Ul-U=Ul（1-K），耦合系数 K 通常 约在 0.2 左右。 耦合作用使绝缘所受到的电压低于塔顶电位 Ul，耦合 系数在不考虑电晕的情况下，可根据导线的几何尺寸算出，又可称为 几何耦合系数。的静电 场突然消失，从而产生行波。 根据波动方程初始条件，可知，波将一分 为二，向左右传播。 感应过电压是由雷云的静电感应而产生的，雷电先 导中的电荷 Q 形成的静电场及主放电时雷电流 I 所产生的磁感应，是 感应过电压的两个主要组成部分。 2．1．1 无避雷线时的感应雷过电压
0 引言
输电线路是电力系统的大动脉， 它将巨大的电能输送到四面八 方，是连接各个变电站、各重要用户的纽带。 输电线路的安全运行，直 接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。 因此，输电线路的安全 运行在电网中占据举足轻重的地位，也是实现“强电强网”的需要，也 是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。
雷 电 流 可 以 根 据 im=（Im/2）×（1－cosωt）计 算 （见 图 1），从 而 可 算 出 塔顶电位 Ul=im×R，其中 R 为杆塔的接 地 电 阻 值 。 Ul 再 乘 上 一 个 考 虑 耦合的系数（1-K），就是实际作用于导线绝缘上的电压。 如 果 它 超 过 绝缘子的 50%闪络电压，就可以认 为 要 造 成 闪 络 ，雷 电 对 线 路 放 电 引 起绝缘闪络时的雷电流临界值，称作线路的耐雷水平。 线路的耐雷水 平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
根据理论分析和实测结果，有关规程建议，当雷击点距输电线路 的距离 s 大于 65m 时， 导 线 上 产 生 的 感 应 过 电 压 最 大 值 可 按 下 式 计 算：
U=25×I×hd/s （kV） 式 中 ，I 为 雷 电 流 幅 值 ，kA；为 导 线 悬 挂 平 均 高 度 ，m：为 雷 击 点 至 线 路 的 距 离 ，m。 感应过电压的幅值与雷电流幅值 I 及导线平均高度成正比；与雷 击点到线路的距离 s 成反比。 感应过电压的极性与雷电流极性相反。 由于雷击点的自然接地电阻较大， 所以最大电流值 可 采 用 I≤100kV 进行估算。 实测表明，感应过电压峰值一般最大可 300-400kV。 这对 35kV 及以下的水泥杆线路将可能引起闪络事故； 对 110kV 及以上的 线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，且感应过电压同时 存在于三相导线上，故相间不存大电位差，只能引起对地闪络，如果两 相或三相同时对地闪络，才可能形成相间闪络事故。 更多的雷击，则因线路的吸引，而击于线路本身。 当雷直击于杆塔 或线路附近的避雷线时，周围迅速变化的电磁场将在导线上感应出相 反符号的过电压。 在无避雷线时，对一般高度的线路，这一感应过电压 的最大值可由下式计算： U=a×hd （kV） 式中，a 为感应过电压系数，kV/m，其值等于以 kA/us 为单位的雷电 流平均陡度值，其由给定的雷电流幅值 I 和波头时间决定，取 a=I/2.6。 2．1．2 有避雷线时的感应雷过电压 如果线路上挂有避雷线，则由于其屏蔽作用，导线上的感应过电 压将会下降。 假定避雷线不接地，在避雷线和导线上产生的感应过电
2013 年 第 9 期
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○电力与能源○
科技信息
输电线路的防雷设计计算
张俊心 （宁夏先科电力设计咨询有限公司，宁夏 银川 750001）
【摘 要】输电线路雷害事故引起的跳闸，不但影响电力系统的的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且由于输电线路上 落雷，雷电波还会沿线路侵入变电所。 而在电力系统中，线路的绝缘最强，变电所次之，发电机最弱，若发电厂、变电所的设备保护不完善，往往 会引起其设备绝缘损坏，影响安全供电。 由此可见，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。
对中性点有效接地电网有：
E=Ue / 姨姨 3 姨 姨 Lj +0.5Lm 姨
对中性点非有效接地的电网有： E=Ue / 姨 姨 2Lj +Lm 姨 姨 式中，Ue 为额定电压，kV；Lj 为月绝缘子串长度，m；Lm 为线路的线 间距离，m（对铁横担和钢筋混凝土横担线路，Lm =0）。 显然，降低建弧率可采取的措施是：适当增加绝缘子片数，减少绝 缘子串上工频电场强度， 电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式， 防止建立稳定的工频电弧。
2 线路感应雷过电压和直击雷过电压的计算
2．1 感应雷过电压 当雷云接近输电线路上空时，根据静电感应的原理，将在线路上
感应出一个与雷云电荷相等但极性相反的电荷， 这就是束缚电荷，而 与雷云同号的电荷，则通过线路的接地中性点逸入大地，对中性点绝 缘的线路，此同号电荷将由线路泄漏而逸入大地。
此时如雷云对地（输电线路附近地面）放电，或者雷击塔顶但未发 生反击（它们之间的差别仅在于后者以杆塔代替部分雷电通道），由于 放电速度很快，雷云中的电荷便很快消失，于是输电线路上的束缚电 荷就变成了自由电荷，分别向线路左右传播。
图 1 雷电流波形图
但是，当雷电流超过线路的耐雷水平时，虽然会导致一次雷电闪 络，却并不一定意味着一次故障。 这时候，雷电流沿击穿通道入地，但 时间只有几十微秒，线路开关来不及动作。 只要在雷电过程迅速消逝 后，在闪络点不随之建立工频.电弧，就仍然可以照常供电。 只有当沿 击穿通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧，引起相间短路线路才 会跳闸停电。 雷电闪络后是否会使工频电流乘虚而入，这是一个机会 问题，通常用建弧率来表示。 它是一个随机变量，与单位长度的绝缘上 所实际作用的工频电压有关， 也就是同绝缘的工作电位梯度有关，这 个电位梯度越大，建弧的机会也越大。 因此，当绝缘子串发生闪络后， 应尽量使它不转化为稳定的工频电弧， 因为如果工频电弧建立不了， 线路则不会跳闸。 由运行经验与试验数据得出，冲击闪络转化为稳定 工 频 电 弧 的 概 率 （建 弧 率 ）的 计 算 公 式 为 η=（4.5E0.75-14）%，其 中 η 为 建弧率；E 为绝缘子串的平均工作电压梯度，kVr.m.s/m。
1 输电线路耐雷水平的计算
输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。 其中雷击跳闸率通常是假定在每年 40 个雷电日的情况下， 每百公里 线路每年因雷害而可能跳闸的次数，它可用来衡量不同设计方案的相 对优劣，并不能代表线路实际运行中真实遮断情况。
由于平等导线之间存在着互感和线间电容，因此一旦在避雷线上 出现电压行波时，在相导线上就要耦合出一个相应的电压。 真正作用 在绝缘子的电压是它们二者之差，即 Ul-U=Ul（1-K），耦合系数 K 通常 约在 0.2 左右。 耦合作用使绝缘所受到的电压低于塔顶电位 Ul，耦合 系数在不考虑电晕的情况下，可根据导线的几何尺寸算出，又可称为 几何耦合系数。的静电 场突然消失，从而产生行波。 根据波动方程初始条件，可知，波将一分 为二，向左右传播。 感应过电压是由雷云的静电感应而产生的，雷电先 导中的电荷 Q 形成的静电场及主放电时雷电流 I 所产生的磁感应，是 感应过电压的两个主要组成部分。 2．1．1 无避雷线时的感应雷过电压
