66kV输电线路及防雷技术分析

第２９卷第３期　黑龙江电力　２００７年６月　

６６　ｋＶ输电线路及防雷技术分析　

于江泳　（海伦市电业局，黑龙江海伦１５２３００）　摘要：输电线路在运行中很容易遭受雷击，造成故障停电，大大降低了供电可靠性，阐述了输电线路遭受雷击　的种类，并加以分析，提出输电线防雷技术方法。　关键词：输电线路；雷击；防雷　中图分类号：ＴＭ８６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１６６３（２００７）０３—０１８７—０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｕｎｄｅｒ　ａｔｔａｃｋ　ｆ＿０ｒ　６６ｋ－ｖ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　

ＹＵ　Ｊｉａｎｇｙｏｎｇ　（Ｈａｉｌｕｎ　Ｃｉｔｙ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｈａｉｌｕｎ　Ｃｉｔｙ　ｉｎ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　１５２３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ａｒｅ　ｌｉｋｅｌｙ　ｔｏ　ｓｕｆｆｅｒ　ｆｒｏｍ　ｔｈｕｎｄｅｒ　ａｔｔａｃｋ　ｉｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｏｆｔｅｎ　ｃａｕｓｅｓ　ｉｎｔｅｒｒｕｐ—　ｔｉｏｎ　ｆａｕｌｔ，ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆｔｈｕｎｄｅｒ　ａｔｔａｃｋｓ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅｍ　ａｎｄ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｏｍｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｕｎｄｅｒ　ａｔ—　ｔａｃｋ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ；ｔｈｕｎｄｅｒ　ａｔｔａｃｋ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ　ｔｈｕｎｄｅｒ　ａｔｔａｃｋ　ｌ　输电线路雷电及破坏性　１．１雷击种类　架空输电线路地处旷野，纵横交错，绵延数十　公里，很容易遭受雷击。雷击是造成线路跳闸停　电事故的主要原因，同时，雷击线路形成的雷电过　电压波，沿线路传播侵入变电所，也是危害变电所　设备安全运行的重要因素。因此，必须重视输电　线路的雷电过电压及其防护问题。针对海伦市供　电区６６　ｋＶ海向线、海共线２条送电线路的实际　运行情况进行分析比较，线路参数见表１。　表１输电线路参数　

根据过电压形成的物理过程，雷电过电压可　以分为两种：ａ．直击雷过电压，是雷电直接击中杆　

收稿日期：２００７一Ｏ１—２５　作者简介：于江永（１９７９一），男，从事变电运行管理工作，助理工程师。　塔、避雷线或导线（图ｌ①、②或③）引起的线路过　电压；ｂ．感应雷过电压，是雷击线路附近大地（图　ｌ④），由于电磁感应在导线上产生的过电压，感　应过电压对６６　ｋＶ线路不具有威胁。　

图１　雷击输电线路部位示意图　按照雷击线路部位的不同，直击雷过电压又　分为两种情况。一种是雷击线路杆塔或避雷线　

一

ｌ８７—　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．３　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｊｕｎ．２００７　时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大　升高，当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝　缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，通称反　击。另一种是雷电直接击中导线（无避雷线时）　或绕过避雷线击于导线，直接在导线上引起过电　压，后者通常称之为绕击。在线路实际运行中，发　生绕击的几率大大少于直击。　１．２雷击线路的破坏性　雷击线路可能导致两种破坏性后果：　ａ．使线路发生短路接地故障，雷电过电压的　作用时间虽然很短（数十微秒），但导线对地（避　雷线或杆塔）发生闪络以后，工频电压将沿此闪　络通道继续放电，进而发展成为工频电弧接地。　此时继电保护装置将会动作，使线路断路器跳闸，　影响正常送电。　ｂ．形成雷电波侵人变电所，在变电所内经复　杂的折反射过程，可能使电力设备承受很高的过　电压，以致破坏设备绝缘，造成停电事故。因此，　在变电所人口６６　ｋＶ母线上安装避雷器是必要　的。　１．３输电线路防雷性能指标　输电线路防雷性能的优劣．主要用耐霄水平　和雷击跳闸率这两个指标来衡量。耐雷水平是指　线路遭受雷击时所能耐受的不至于引起绝缘闪络　的最大雷击电流（ｋＡ），耐雷水平越高，线路的防　雷性能越好。雷击跳闸率是指折算到年雷电日数　为４Ｏ的标准条件下，每１００　ｋｍ线路每年因雷击　引起的线路跳闸次数，其计算单位是：次／（百公　里・年），即１／（１００　ｋｍ・ａ）。雷击跳闸率是衡量　线路防雷性能的综合性指标。　２　雷击过电压计算分析　２．１感应过电压　在雷云对地放电过程中，放电通道周围的空　间电磁场将发生急剧变化，因而当雷击输电线附　近的地面时，虽未直击导线，由于雷电过程引起周　围电磁场的突变，也会在导线上感应出高电压。　设地面雷击点距输电线路正下方的水平距离为　．ｓ，一般当Ｓ＞６５　ｒｎ时，导线上感应过电压的幅值　大致为　２５　ｌ　ｈ　式中，，为雷电流幅值，ｋＡ；ｈ为导线平均悬挂高　一１８８一　度，ｍ；．ｓ为地面雷击点距线路的水平距离，ｍ。　可见雷电流幅值越大，导线离地越高，雷击点　越近，则感应过电压也越高。　雷击电流，的数值取１００　ｋＡ（大部分雷电流　的幅值通常不超过１００　ｋＡ），ｈ＝１０　ｍ，Ｓ＝６５　ｍ；　则Ｕ＝３８４．６　ｋＶ。海向线、海共线所采用５片ｚＰ　一７和ｚ一４．５型的绝缘子，每片绝缘子的冲击闪　络电压为１２０　ｋＶ，每个固定点的冲击闪络电压为　１２０×５＝６００　ｋＶ。因此，感应过电压对６６　ｋＶ线　路，通常不致于引起闪络。　２．２雷击导线过电压　６６　ｋＶ线路通常架有避雷线，以免导线直接　遭受雷击，绕击发生的概率虽然很低，但是一旦雷　电击中导线，导致线路闪络几率将很高。如果雷　击某导线上的点Ａ，则在近似计算中认为Ａ点的　电位为　÷，ｚ　（２）　式中，，为雷电流幅值，ｋＡ；ｚ为线路波阻抗，Ｑ。　当　超过绝缘子串的５０％冲击放电电压　（６００　ｋＶ）时，将引起绝缘子闪络。　此时线路耐雷水平为　，　４　。　

通常，架空线路Ｚ　４ｏｏ　Ｑ，因而有　，　耐　ｊ　因为是直击雷，其过电压极性与雷云电荷极　性相同，故式（３　中　。取绝缘子串的负极性　５０％放电电压。对６６　ｋＶ线路，５片绝缘子，负极　性Ｕｓｏ　６ｏｏ　ｋＶ，耐雷水平，耐　６　ｋＡ。这样的耐　雷水平太低了，运行数据表明，２００５年采用全线　避雷的６６　ｋＶ海向线没有发生闪络跳闸，采用两　端避雷线的６６　ｋＶ海共线发生雷击引起的闪络跳　闸２次。因此，６６　ｋＶ线路采用全线避雷比采用　两端避雷线路跳闸的几率要低得多。　２．３雷击塔顶过电压　雷击塔顶（包括雷击塔顶附近的避雷线）时，　由于杆塔电感与接地电阻的存在，将使塔顶电位　瞬时升高，甚至超过导线电位，引起绝缘子串闪　络，即反击，造成线路跳闸；同时在线路上形成过　电压波向线路两侧传播，侵人发电厂、变电站。

　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第３期　黑龙江电力　２００７年６月　雷击塔顶时，作用在绝缘子串上的电压为　＝（１一　）ｆｔ３（Ｒ　＋　）＋鱼１．，　（４）　丁ｆ　丁Ｊ　式中，，为雷电流幅值，ｋＡ；Ｌ。为相塔等值电感，　ｉｘＨ；＾为塔高，ｍ；　为杆塔冲击接地电阻，Ｑ；后为　导线与避雷线的耦合系数；丁　为波头时间，Ｉｘｓ；防　雷保护中通常取丁　＝２．６　Ｉｘｓ；　为塔身电流与雷　电流之比，称分流系数。　当Ｕｉ≥Ｕｓｏ时，塔顶将向导线放电，发生闪络，　同线路耐雷水平为　（５）　

在式（５）中，　应取绝缘子串的正极性５０％　放电电压。因绝大多数雷是负雷，从而雷击塔顶　时，绝缘子串在塔顶悬挂端电位为负而导线端为　正，比较接近于对绝缘子串进行正极性冲击试验　的条件。　２．４雷击跳闸率　雷电过电压可能引起线路跳闸停电。当雷闪　放电造成线路产生雷电过电压超过相应情况下线　路的绝缘水平，则导致线路绝缘发生闪络。而雷　电过电压的持续时间极短，只有几十微秒，高压开　关还来不及跳闸。但在冲击闪络通道发展成稳定　的工频电弧时，才会导致线路跳闸。　因而工程中除耐雷水平外，还采用雷击跳闸　率作为一个综合指标，来衡量线路防雷性能的　优劣。　在线路冲击闪络的总数中，可能转为稳定工　频电弧的比例，称为建弧率。建弧率　与工频弧　道中的平均电场强度（也就是沿绝缘子串或空气　间隙的平均运行电压梯度）Ｅ有关，也与闪络瞬间　工频电压的瞬时值和去游离条件等有关。根据实　验室的试验数据和线路运行经验的分析结果，建　弧率可按下式计算：　＝（４．５Ｅ￣・　一１４）Ｘ　１０　（６）　式中，　为绝缘子串的平均运行电压梯度，ｋＶ／ｍ。　对于６０　ｋＶ海向线、海共线系统：　：　（７）　４３Ｌ　式中，　为系统额定电压，ｋＶ；海向线、海共线电　压为６３　ｋＶ。Ｌ　为绝缘子串长度，ｒｎ；海向线、海共　线采用５片ＸＰ一７和ｘ一４．５型悬式绝缘子串，　长度　为０．９４５ｍ。　通过计算得出Ｅ＝３８．５　ｋＶ／ｍ　建弧率田　５５．５％　２．４．１雷击杆塔时的跳闸率ｎ　设Ⅳ为每１００　ｋｍ线路每年（４０个雷电日）遭　受雷击的次数，１／（１００　ｋｍ・ａ），则Ⅳ可由下式计算：　ｈｇｂ　Ⅳ　’，而￥×１ｏｏ￣４０　（８）　式中，　为地面落雷密度，１／（ｋｍ　・ｄ），标准对每　年４Ｏ个雷电１３的地区取’，＝０．０７；＾　为避雷线平　均高度，ｍ；无避雷线时为最上层导线高度，根据　６６　ｋＶ海向线、海共线安装图查出避雷线距地高　度为１５．９　ｍ。　设　为Ⅳ次雷击中，击中杆塔塔顶引起线路　跳闸的次数，则ｎ　可由下式计算：　ｎ　＝　＿ｇＰ　（９）　式中，ｇ为击杆率，即雷击杆塔次数占雷击线路总　数的比例；Ｐ】为雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水　平ｊ　的概率；叼为建弧率。　击杆率ｇ与避雷线根数和地形有关。根据模　拟试验结果和实际统计分析，标准建议一般可取　表２中所列数值。　表２击杆率ｇ　

２．４。２雷绕击导线时的跳闸率　，　设ｎ　为线路绕击跳闸率，同理，可由下式　计算：　ｎ２＝ＮＰ。Ｐ２　（１Ｏ）　式中，Ⅳ、．，７同上；Ｐ。为绕击率；Ｐ　为雷电流幅值超　过绕击耐雷水平，２的概率。　２．４．３线路跳闸率ｎ　设ｎ为线路跳闸率，根据以上分析，雷击线路　档距中央忽略不计时，线路的总跳闸率ｎ为雷击　杆塔跳闸率ｎ　与绕击跳闸率ｎ　之和，即：　ｎ＝　１＋ｎ２＝Ⅳ（ｇＰ１＋Ｐ。Ｐ２）叼　通过计算得出６６　ｋＶ海向线、海共线的雷击　线路跳闸率为１．１２次／（ｋｍ・ａ），符合标准中规　定的平原跳闸率０．５７—２．０次／（ｋｍ・ａ）的要求。　３　输电线路的防雷保护措施　输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷　一１

　８９—　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．３　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｊｕｎ．２ｏｏ７　性能，降低线路的雷击跳闸率。在确定线路防雷　方式时，应综合考虑系统的运行方式，线路的电压　等级和重要程度，线路经过地区雷电活动的强弱，　地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件；参　考当地原有线路的运行经验，通过技术经济比较，　采取合理的保护措施。　总结海伦电业局的运行经验，行之有效的线　路防雷措施列举如下。其中一些是重要的基本措　施，另外则是应根据线路具体情况考虑是否采取　的补充措施。　３．１架设避雷线　这是高压超高压线路防雷的基本措施，其作　用主要是防止直接雷击导线。具有分流作用以减　小流经杆塔人地的电流，从而降低塔顶电位；通过　对导线的耦合作用可以减小线路绝缘承受的电　压；对导线还有屏蔽作用，可以降低感应过电压。　６６　ｋＶ及以上电压等级的线路通常应在全线　或两端架设避雷线。　３．２降低杆塔接地电阻　对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电　阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的有效措　施。标准要求的杆塔接地电阻值见表３。　表３线路杆塔的工频接地电阻