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線路雷擊跳閘分析及防護(hù)措施

文檔作者：梅鵬飛文檔來源：廬江供電公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月16日
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第十六卷第三期 安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2011年9月
Vo1．16，No．3 JOURNAL OF ANHUI ELECTRICAL ENGINEERING PROFESSIONAL TECHNIQUE COLLEGE September 201 1
線路雷擊跳閘分析及防護(hù)措施
梅鵬飛
(廬江供電公司，安徽廬江231500)
摘要：分析了雷擊跳閘這個(gè)困擾安全供電的難題。通過對各種措施的綜合運(yùn)用，有效降低線
路跳閘率，提高電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行水平，確保城市工業(yè)農(nóng)業(yè)以及生產(chǎn)生活用電。
關(guān)鍵詞：雷擊跳閘；防雷保護(hù)：措施；運(yùn)行水平
中圖分類號： TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672—9706(2011)03-0031—04
Through the comprehensive use of various measures，the trip-out rate reduces effectively，improving the
safe and reliable operation level of the power grid，ensuring the city industry，agricul
duction electricity．
Key words：lightning trip；lightning protection；the measure；operation level
0 引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與電力需求的不斷增長，電力生產(chǎn)的安全問題也越來越突出。對于送電線路來講，
雷擊跳閘一直是困擾安全供電的一個(gè)難題。由于大氣雷電活動的隨機(jī)性和復(fù)雜性，雷害事故幾乎占線路全
部跳閘事故1／3或更多。目前輸電線路本身的防雷措施主要依靠架設(shè)在桿塔頂端的架空地線，其運(yùn)行維護(hù)
工作主要是對桿塔接地電阻的檢測和改造，但是由于其防雷措施的單一性而無法達(dá)到防雷要求。以前所推
行的安裝藕合地線、增強(qiáng)線路絕緣水平的防雷措施，由于受到一定的條件限制，一般都無法得到有效實(shí)施，因
此，研究不受條件限制的線路防雷保護(hù)措施，一直是電力工作者關(guān)注的課題。
1 雷擊對線路的影響
廬江縣供電公司位于安徽南部，電網(wǎng)地形相對復(fù)雜，線路雷擊跳閘是整個(gè)電網(wǎng)跳閘的重要原因，經(jīng)常占
到跳閘總數(shù)的80％ ～90％。在2009年因雷擊跳閘223次，且由于線路大多處于大跨越、大高差檔距。從電
力工程的角度看，電力系統(tǒng)中停電事故幾乎一多半是雷擊造成的。雷電放電所產(chǎn)生的雷電電流高達(dá)數(shù)十甚
至數(shù)百千安，從而引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要
原因之一。此外，雷電放電所產(chǎn)生的巨大電流也會造成設(shè)備的損壞。根據(jù)過電壓形成的物理過程，線路上的
雷擊過電壓可以分為兩種：感應(yīng)雷過電壓、直擊雷過電壓。線路防雷性能的優(yōu)劣主要用耐雷水平和雷擊跳閘
率來衡量。雷擊線路時(shí)線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值稱為線路的耐雷水平，以“kA”為單位。每
lOOkm線路每年有雷擊引起的跳閘次數(shù)稱為雷擊跳閘率。
1．1 線路的感應(yīng)雷過電壓
雷電放電擊中設(shè)備附近的大地 在電力線上感應(yīng)中等程度的電流和電壓。內(nèi)部浪涌發(fā)生的原因同供電
系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備啟停和供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障有關(guān)，供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大功率設(shè)備的啟停、線路故障、投切動
作和變頻設(shè)備的運(yùn)行等原因，都會帶來內(nèi)部浪涌，給用電設(shè)備帶來不利影響。特別是計(jì)算機(jī)、通訊等微電子
收稿日期：201l-07-25
作者簡介：梅鵬飛(1976-)，男，廬江供電公司，主要從事繼電保護(hù)工作。
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安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 第十六卷第三期
設(shè)備帶來致命的沖擊。即便是沒有造成永久的設(shè)備損壞，但系統(tǒng)運(yùn)行的異常和停頓都會帶來很嚴(yán)重的后果。
比如核電站、醫(yī)療系統(tǒng)、大型工廠自動化系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、電信局用交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)樞紐等。直接雷擊是最
嚴(yán)重的事件，尤其是如果雷擊擊中靠近用戶進(jìn)線口架空輸電線。在發(fā)生這些事件時(shí)，架空輸電線電壓將上升
到幾十萬伏特，通常引起絕緣閃絡(luò)。雷電電流在電力線上傳輸?shù)木嚯x為一公里或更遠(yuǎn)，在雷擊點(diǎn)附近的峰值
電流可達(dá)100kA或以上。在用戶進(jìn)線口處低壓線路的電流每相可達(dá)到5kA到10kA。在雷電活動頻繁的區(qū)
域，電力設(shè)施每年可能有好幾次遭受雷電直擊事件引起嚴(yán)重雷電電流。而對于采用地下電力電纜供電或在
雷電活動不頻繁的地區(qū)，上述事件是很少發(fā)生的。間接雷擊和內(nèi)部浪涌發(fā)生的概率較高，絕大部分的用電設(shè)
備損壞與其有關(guān)。所以電源防浪涌的重點(diǎn)是對這部分浪涌能量的吸收和抑制。供電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)對于低
壓供電系統(tǒng)，浪涌引起的瞬態(tài)過電壓(TVS)保護(hù)，最好采用分級保護(hù)的方式來完成。從供電系統(tǒng)的入口(比
如大廈的總配電房)開始逐步進(jìn)行浪涌能量的吸收，對瞬態(tài)過電壓進(jìn)行分階段抑制。
1．1．1 感應(yīng)雷過電壓的產(chǎn)生
由雷擊線路附近大地的電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上引起的過電壓稱為感應(yīng)雷過電壓，當(dāng)雷擊線路附近大地時(shí)，由
于雷電通道周圍空間電磁場的急劇變化，會在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓，它包括靜電分量和電磁分量。靜電
分量和電磁分量都是在主放電過程中，由統(tǒng)一的電磁場突變同時(shí)產(chǎn)生。由于主放電速度比光速小很多，主放
電通道和導(dǎo)線差不多互相垂直，互感不大，電磁感應(yīng)較弱，因此電磁分量要比靜電分量小得多，所以在導(dǎo)線的
總的感應(yīng)過電壓幅值中，靜電分量將起主要作用。
1．1．2 雷擊線路桿塔時(shí)，導(dǎo)線上感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算
當(dāng)雷擊桿塔或線路的避雷線時(shí)，由于雷電通道所產(chǎn)生的電磁場迅速變化，將在導(dǎo)線上感應(yīng)出與雷電流極
性相反的過電壓，因此建議對搬高度的線路，感應(yīng)雷過電壓的最大值可按U=ah計(jì)算，式中a為感應(yīng)雷過電
壓系數(shù)。
有避雷線時(shí)，由于它的屏蔽作用，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓將降為：
UI=(1一 )U：ah(1一 )。
與直擊雷相比，感應(yīng)雷過電壓的波形較平緩，波頭有幾微秒到幾十微秒，波長可達(dá)數(shù)百微秒。
1．2 線路的直擊雷過電壓
直擊雷過電壓的產(chǎn)生是一種由雷電直接擊中桿塔避雷線或?qū)Ь€引起的過電壓。
1．3 繞擊時(shí)線路的耐雷水平
裝設(shè)避雷線的線路，仍然具有雷繞過避雷線而擊導(dǎo)線的可能性，一旦出現(xiàn)此種情況，往往會引起線路絕
緣子串的閃絡(luò)。繞擊時(shí)導(dǎo)線上的電壓幅值隨雷電流幅值的增加而增加，若超過絕緣子串電壓的50％ ，則絕緣
子會閃絡(luò)。
我國關(guān)于線路繞擊時(shí)的耐雷水平有如下標(biāo)準(zhǔn)：110kV、220kV、500kV線路繞擊時(shí)的耐雷水平分別只有
7kA ，12kA 27．4kA。因此對于110kV及以上中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的線路，一般都要求沿全線架設(shè)避雷線，以防止
線路頻繁發(fā)生雷擊閃絡(luò)跳閘事故。
I．4 線路的雷擊跳閘
雷擊導(dǎo)線導(dǎo)致跳閘需具備兩個(gè)條件，一是雷電流超過線路的耐雷水平，引起線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)；由
于雷電流沿閃絡(luò)通道入地，時(shí)間只有幾十微秒，線路開關(guān)來不及動作，因此還要滿足第二個(gè)條件，即沖擊電弧
轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻短路電弧，線路才會跳閘。
2 線路防雷的基本任務(wù)
線路防雷的基本任務(wù)是采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上合理的措施，將雷擊事故減少到可以接受的程度，以保證供
電的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。防雷一般設(shè)有四道防線：
(1)不繞擊。用避雷線或改用電纜等措施，盡量使雷不繞擊到導(dǎo)線上。
(2)絕緣子不閃絡(luò)。用改善接地或加強(qiáng)絕緣等措施，使避雷線或桿塔受雷擊后，絕緣子不閃絡(luò)。
(3)不建立穩(wěn)定工頻電弧。即使絕緣子串閃絡(luò)，也要它盡量不轉(zhuǎn)變穩(wěn)定的工頻電弧，開關(guān)不跳閘。為此
應(yīng)減少絕緣子的工頻電場強(qiáng)度或者在電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧圈地的方式，使由雷擊引起的大多數(shù)
單相接地故障能夠自動消除，不致引起相間短路和跳閘。
(4)不中斷電力供應(yīng)。這是最后一道防線，即使開關(guān)跳閘也不中斷電力供應(yīng)。為此，可采用自動重合閘
或雙回路環(huán)網(wǎng)供電等措施。因此，在送電線路防雷中，允許有一小部分由雷擊引起的線路絕緣子閃絡(luò)，然后
用減少建弧率以及自動重合閘的辦法，把雷害引起的停電事故數(shù)減少到可以接受的程度。
3 線路防雷的基本措施
3．1 基本措施
． 32 ．
梅鵬飛：線路雷擊跳閘分析及防護(hù)措施
電力線路防雷設(shè)計(jì)的目的是提高線路的耐雷水平，降低線路的雷擊跳閘率。在確定線路的防雷方式時(shí)，
應(yīng)全面考慮線路的重要程度、系統(tǒng)運(yùn)行方式線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強(qiáng)弱她形地貌的特點(diǎn)土壤電阻率的高
低等條件，結(jié)合當(dāng)?shù)卦芯€路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果，因地制宜地采取合理的保護(hù)措施。
3．1．1 架設(shè)避雷線
架設(shè)避雷線是高壓和超高壓線路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直擊于導(dǎo)線，同時(shí)還有分流作
用以減小流經(jīng)桿塔入地電流。從而降低桿塔電位：通過對導(dǎo)線耦合作用?？梢詼p小線路絕緣承受的電壓，對
導(dǎo)線還有屏蔽作用，可以降低感應(yīng)過電壓。
3．1．2 降低桿塔接地電阻
對于一般高度的桿塔，降低桿塔沖擊接地電阻是提高線路耐雷水平、降低雷擊跳閘率的有效措施。在土
壤電阻率低的地方，應(yīng)充分利用鐵塔鋼筋混凝土桿的自然接地電阻。在高土壤電阻率的地區(qū)，用一般方法很
難降低接地電阻時(shí)，可采用多根放射形接地，或連續(xù)伸長接地體，或采用某種有效的降阻劑降低接地電阻。
3．1．3 采用耦合地線
在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，可采用在導(dǎo)線下架設(shè)耦合地線的措施，其作用是增加避雷線與導(dǎo)線的耦
合作用，以降低絕緣子串上的電壓。此外，耦合地線還可以增加雷電流的分流作用，對減少雷擊跳閘率的效
果是顯著的。
3．1．4 采用不平衡絕緣方式
在現(xiàn)代高壓及超高壓線路中，同桿架設(shè)的雙回路日益增多，對此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿
足要求時(shí)，還可以采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊時(shí)的跳閘率，以保證不中斷供電。
3．1．5 采用消弧圈接地方式
對于雷電活動強(qiáng)烈，接地電阻又難以降低的地區(qū)，可以考慮用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式，
這樣可以使絕大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障被消弧圈消除，不至于持續(xù)工頻電弧。
3．1．6 裝設(shè)自動合閘
由于雷擊造成的閃絡(luò)大多能在跳閘后自行恢復(fù)絕緣性能，所以重合閘成功率較高。
3．1．7 加強(qiáng)絕緣
對于個(gè)別大跨越高桿塔地段，落雷機(jī)會增多；塔高等值電感大，塔頂電位高，感應(yīng)電壓過高；繞擊時(shí)最大
雷電流幅值大，繞擊率高，這些都會增加雷擊跳閘率。為降低跳閘率，可增加絕緣子的片數(shù)。
3．1．8 排氣式避雷器
排氣式避雷器不做密集安裝。僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它能免除線
路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。
3．2 導(dǎo)線防止雷擊斷線和雷擊跳閘
高壓送電線路遭受雷擊的事故主要與四個(gè)因素有關(guān)：線路絕緣子的50％ 放電電壓；有無架空地線；雷電
流強(qiáng)度；桿塔的接地電阻。
3．2．1 導(dǎo)線雷擊斷線的防治措施
國內(nèi)外對防止絕緣導(dǎo)線雷擊斷線進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)研究，介紹防止措施的資料很多，歸納起來可以總結(jié)出
以下一些主要措施：
(1)架設(shè)架空避雷線。利用架空避雷線的屏蔽作用來保護(hù)輸電線路是一種傳統(tǒng)的有效方法。該方法的
效果較好，而且可以免除維護(hù)。缺點(diǎn)是：(a)投資成本較高；(b)防止繞擊的效果較差，易使線路遭受反擊。
(2)安裝氧化鋅避雷器。采用氧化鋅避雷器，可以有效地截?cái)喙ゎl續(xù)流，限制雷過電壓和配電線路的感應(yīng)過
電壓。缺點(diǎn)是：(a)保護(hù)范圍小；(b)全線裝設(shè)的投資成本較大；(c)必須剝開絕緣層，導(dǎo)致線芯浸水，有可能
使導(dǎo)線內(nèi)部的線芯受腐蝕；(d)避雷器閥片長期承受工頻電壓，容易老化。(3)安裝線路過電壓保護(hù)器。這
種線路過電壓保護(hù)器相當(dāng)于帶有外間隙的氧化鋅避雷器，安裝時(shí)，絕緣層不需剝開，平時(shí)在運(yùn)行中是不承受
運(yùn)行電壓的，因而使用壽命較長，也可免維護(hù)。缺點(diǎn)是：僅能防護(hù)雷電過電壓。(4)使用鉗位絕緣子，這是一
種日本方法。在絕緣導(dǎo)線固定處剝開絕緣層，架裝引弧放電間隙與特別設(shè)計(jì)的金屬線夾，當(dāng)雷擊閃絡(luò)時(shí)，引
發(fā)的工頻續(xù)流在該金屬線夾上燃弧，直至被線路開關(guān)跳閘切斷，從而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導(dǎo)線。該方
法成本較低，也可免維護(hù)。缺點(diǎn)是：絕緣層被剝開，易使線芯進(jìn)水，容易受腐蝕。(5)采用長閃絡(luò)避雷器
(LFA)。研究表明，對于中性點(diǎn)非直接接地的配電系統(tǒng)，當(dāng)線路的工作電壓與閃絡(luò)路徑長度的比值(電場強(qiáng)
度E，E=Uph／L)減小時(shí)。由雷電閃絡(luò)發(fā)展為工頻續(xù)流的可能性將大為減小。利用上述思想，俄羅斯學(xué)者提
出了采用長閃絡(luò)避雷器，以解決配電線路絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線問題。(6)加局部絕緣層的厚度。從許多絕緣
導(dǎo)線遭雷擊后斷線的事故調(diào)研中發(fā)現(xiàn)一個(gè)十分明顯的規(guī)律：斷線的部位幾乎全部處于離開絕緣子(100一
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安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 第十六卷第三期
300)mm范圍之內(nèi)，如果在這局部范圍內(nèi)增加絕緣厚度，也可以防止擊穿。但這個(gè)方法在實(shí)際工作中不易實(shí)
現(xiàn)，因而該方法不為人們所采用。
3．2．2 導(dǎo)線雷擊跳閘的防治措施
清楚了送電線路雷擊跳閘的發(fā)生原因，我們就可以有針對性地對送電線路所經(jīng)過的不同地段不同地理
位置的桿塔采取相應(yīng)的防雷措施，加強(qiáng)高壓送電線路的絕緣水平。高壓送電線路的絕緣水平與耐雷水平成
正比，加強(qiáng)零值絕緣子的檢測，保證高壓送電線路有足夠的絕緣強(qiáng)度是提高線路耐雷水平的重要因素。我們
在設(shè)計(jì)高壓線路時(shí)充分比較各種絕緣子的性能，分析其特性，認(rèn)為玻璃絕緣子有較好的耐電弧和不易老化的
優(yōu)點(diǎn)，且絕緣子本身具有自潔性能良好和零值自爆的特點(diǎn)。玻璃是熔融體，質(zhì)地均勻，燒傷后的新表面仍是
光滑的玻璃體，因此具有足夠的絕緣性能，所以設(shè)計(jì)中我們應(yīng)多考慮采用玻璃絕緣子。
3．3 桿塔接地網(wǎng)改造降低桿塔的接地電阻
高壓送電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據(jù)各基桿塔的土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的
接地電阻，這是提高高壓送電線路耐雷水平的基礎(chǔ)，是最經(jīng)濟(jì)最有效的手段。對于土壤電阻率較高的疑難地
區(qū)的線路，應(yīng)跳出原有設(shè)計(jì)參數(shù)的框架，特別是要強(qiáng)化降阻手段的應(yīng)用。如增加埋設(shè)深度延長接地極的使用
就近增加垂直接地極。
由于老線路桿塔接地網(wǎng)在建設(shè)時(shí)使用的材料質(zhì)量差截面小和埋設(shè)深度不夠等原因，接地電阻值長期以
來偏大，特別是經(jīng)歷了多年的運(yùn)行，大部分接地體銹蝕嚴(yán)重，降低了線路的耐雷水平。為確保改造工作方便
實(shí)施，對不同的桿塔型式采用~12cm的圓鋼，對接地網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)統(tǒng)-；Ot~工，避免了高山大嶺上進(jìn)行施工
焊烤造成工藝質(zhì)量不合格等的可能，同時(shí)也減少了野外工作量，加快改造速度。通地改造使桿塔地網(wǎng)的接地
電阻值大幅度降低，從而使線路的耐雷水平得到大大提高。
3．4 保護(hù)型絕緣子
上述介紹的各項(xiàng)措施雖然能在一定程度上防止雷擊跳閘和減少雷擊斷線事故。但不能從根本上避免雷
擊斷線事故。保護(hù)絕緣子是為了防止lOkV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線而開發(fā)的新產(chǎn)品之一，它主要由保護(hù)型金
具和復(fù)合絕緣子二部分組成。保護(hù)型絕緣子防雷擊斷線的主要作用如下：
(1)提高絕緣子的放電距離來減少線路雷擊閃絡(luò)率；(2)通過保護(hù)型金具將導(dǎo)線圍繞，形成厚實(shí)的保護(hù)部
件，以防止短路電弧根部的燃燒效應(yīng)。閃絡(luò)時(shí)，電弧在保護(hù)型金具的厚實(shí)部位之間燃燒，從而使導(dǎo)線免受損傷。
4 結(jié)束語
雷電活動是小概率事件，隨機(jī)性強(qiáng)，要做好送電線路的防雷工作，就必須抓住其關(guān)鍵點(diǎn)。為防止和減少
雷害故障，我們不僅要全面考慮高壓送電線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強(qiáng)弱程度、地形地貌特點(diǎn)和土壤電阻率的
高低等情況，還要結(jié)合原有高壓送電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等，通過比較選取合理的防雷設(shè)計(jì)，提
高高壓送電線路的耐雷水平。線路的防雷與接地應(yīng)在工程設(shè)計(jì)階段就要認(rèn)真加以考慮，根據(jù)各地的實(shí)際情
況，采取切實(shí)可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時(shí)按照等電位的原則，做
好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮舫雷與接地，以保證線路和設(shè)備避免遭受雷擊的危害。雷電活動是一個(gè)
復(fù)雜的自然現(xiàn)象，需要電力系統(tǒng)各個(gè)部門的通力合作，才能盡量減少雷害的發(fā)生，將雷害帶來的損失降低到
最低限度。
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【責(zé)任編輯：朱子】
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