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輸電線路防雷措施效果淺析

文檔作者：劉安偉，王瓊晶文檔來源：瀘州電業(yè)局		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月01日
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上一篇：輸電線路防雷設(shè)計及措施的探討

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第34卷第1期
2011年2月
四川電力技術(shù)
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．34。No．1
Feb．，2011
輸電線路防雷措施效果淺析
劉安偉，王瓊晶
(瀘州電業(yè)局，四川瀘州646000)
摘要：通過對四川省某地區(qū)近年來輸電線路遭受的雷擊跳閘情況進行分析，并評估已采用的各種防雷措施，總結(jié)出
了提高輸電線路耐雷水平，降低線路跳閘率的一些實踐經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：輸電線路；雷擊跳閘；防雷措施
Abstract：Based on the analyses of lightning trip—out in transmission lines in a district of Sichuan province in recent years，
the different adopted protection measures against lightning are evaluated，and some practical experiences are summarized about
improving lightning withstand level and reducing the trip—out rate of transmission line．
Key words：transmission line；lightning trip—out；protection measures against lighthing
中圖分類號：TM 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1003—6954(2011)0l一0061—04
2007年至2010年，四川省某市管轄范圍內(nèi)共發(fā)
生了71次35 kV及以上的輸電線路雷擊跳閘事故，
其中35 kV線路46次，占總雷擊跳閘次數(shù)的64．8％ ；
110 kV線路19次，占雷擊跳閘次數(shù)的26．7％ ；220
kV線路6次，占雷擊跳閘次數(shù)的8．5％ 。
在71次雷擊事故中，感應(yīng)雷、繞擊雷、反擊雷各
占一定的比例，瀘州電業(yè)局從2007年起采取了多種
防雷措施，利用大修技改的機會進行全方位改造，以
求降低輸電線路的雷擊跳閘次數(shù)。下面力求對目前
已采取的防雷措施進行統(tǒng)計分析，通過實際案例對比
優(yōu)劣，總結(jié)出各種防雷措施的適用范圍。
1 輸電線路運行現(xiàn)狀
該地區(qū)輸電線路在運行中存在著以下幾個薄弱
環(huán)節(jié)：①線路運行時間較長，線路老化嚴重，其中運行
30年以上的線路有8條，運行l(wèi)O～20年的線路有5
條，尤其是35 kV輸電線路普遍為老舊線路，雷擊跳
閘率極高；②部分35 kV線路沒有架設(shè)架空避雷線，
缺少避雷線的屏蔽作用，桿塔及線路完全暴露在雷電
的環(huán)境中，線路遭受雷電直擊的概率極高；③ 部分輸
電線路防雷設(shè)計考慮比較保守，比如很多同塔雙回的
220 kV輸電線路的避雷線保護角均為15。，導(dǎo)致線路
的繞擊率相當(dāng)高；④ 該地區(qū)地形較為起伏，北部為丘
陵地形，南部為山地地形，大部分線路的桿塔沿著山
頂、半坡架設(shè)，或者是丘陵地形當(dāng)中的相對突出點，位
于容易遭受雷擊的位置。
2 輸電線路雷擊跳閘類型
經(jīng)過統(tǒng)計分析該地區(qū)從2007年至今的輸電線路
跳閘情況，引起線路跳閘雷擊形式主要有以下幾種。
(1)繞擊類跳閘，其故障點的特點為線路架設(shè)有
架空避雷線，故障點的接地電阻合格，故障點為單基
單相或相鄰兩基同相，跳閘時故障點附近的雷電流幅
值較小，故障點所處地形一般為山頂邊坡等易繞擊地
形，故障相一般為水平排列的邊相或垂直排列的中、
上相。此類跳閘多出現(xiàn)在110 kV、220 kV線路當(dāng)中；
(2)反擊類跳閘，其故障點的特點為故障點的接
地電阻不合格，故障點為一基多相或多基多相，跳閘
時故障點附近的雷電流幅值較大，故障相一般為水平
排列的中相或垂直排列的中、下相。此類跳閘在35
— 220 kV線路當(dāng)中均有出現(xiàn)；
(3)感應(yīng)雷跳閘，其故障點的特點為線路未架設(shè)
架空避雷線，故障點的接地電阻合格，故障點為一基
多相或單相，跳閘時故障點附近的雷電流幅值較大，
故障相一般為水平排列的邊相或垂直排列的上相，且
多發(fā)生在35 kV及以下電壓等級的輸電線路上。
3 典型雷擊跳閘及防雷措施淺析
3．1 35 kV新況南線跳閘情況及改造措施
第34卷第1期
2011年2月
四川I電力技術(shù)
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．34，No．1
Feb．。2011
35 kV新況南線自2007年以來共因雷擊跳閘10
次，占35 kV線路雷擊跳閘總數(shù)的21．7％ 。表1為
35 kV新況南線2007年至今的雷擊跳閘次數(shù)匯總。
表1 35 kV新況南線跳閘情況
從表1中可以看出35 kV新況南線在2008年之
前幾乎逢雷必跳，為了降低線路的雷擊跳閘率，提高
供電可靠性，2008年7月對該線路進行了大規(guī)模改
造，全線架設(shè)了架空避雷線，在2009年、2010年的跳
閘次數(shù)比往年少了很多。避雷線的主要作用是防止
雷直擊導(dǎo)線，同時還具有分流作用，以減小流經(jīng)桿塔
的雷電流，從而降低塔頂電位；通過對導(dǎo)線的耦合作
用可以減小線路絕緣子的電壓；對導(dǎo)線的屏蔽作用還
可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。對于那些沒有架空
避雷線的35 kV線路，威脅它們的主要是感應(yīng)雷，而
限制感應(yīng)雷的最有效手段就是全線架設(shè)架空避雷線。
架設(shè)架空避雷線后的感應(yīng)過電壓如式(1)所示。
ul=(1一k)U， (1)
式中，K為耦合地線或避雷線對導(dǎo)線的耦合系數(shù)；U
為沒有架空避雷線時的感應(yīng)過電壓；U 為架設(shè)了架
空避雷線之后的感應(yīng)過電壓。
通過式(1)看出，由于地線對導(dǎo)線的耦合作用，
導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓將下降。架空避雷線的存在使導(dǎo)
線上的感應(yīng)雷過電壓是沒有架空地線時的(1～k)
倍，耦合系數(shù)厶越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓越小。
3．2 35 kV洞胡線跳閘情況及改造措施
35 kV洞胡線自2007年以來共因雷擊跳閘7
次，占35 kV線路雷擊跳閘總數(shù)的15．2％ 。表2為
35 kV洞胡線2007年至今的所有雷擊跳閘匯總。
從表2中可以看出，繞擊的比例為5％ ，反擊的
比例為0％ ，感應(yīng)雷的比例為95％ 。因此，35 kV洞
胡線雷擊跳閘的主要形式為感應(yīng)雷跳閘。
從表2中還可以看出35 kV洞胡線在2010年的
． 62 ．
雷擊次數(shù)比往年同期高出了很多，而2010年的雷電活
動強度并沒有2009年高，其中一個重要原因就是2009
年該線路進行改造時在45號、46號、52號、53號、54
號、55號上安裝了雷電接閃器。由于35 kV洞胡線3
號～60號沒有架空避雷線，安裝的雷電接閃器使得雷
電擊桿率比往年高了很多，造成了該線路在2010年的
雷擊跳閘率明顯增加。并且通過2010年的數(shù)據(jù)可以
看出，遭受雷擊的桿塔均不是安裝了接閃器的桿塔本
身，而是其相鄰的桿塔，這就說明了雷電接閃器只可以
保護安裝的桿塔本身，而其相鄰的桿塔無法保護。
由于雷電接閃器以及各種類型避雷針都是通過
犧牲自我的原理來保護線路，吸引空氣中的雷電流到
自身間接提高了線路被反擊、感應(yīng)雷擊中的風(fēng)險。原
本35 kV線路的耐雷水平就比較低，安裝了避雷針就
相當(dāng)于增大了線路吸引雷電的能力。因此，雷電接閃
器以及各種類型避雷針千萬不可隨意安裝，尤其是對
于耐雷水平相對較低的35 kV線路更是要慎之又慎。
3．3 35 kV新況北線雷擊跳閘情況
2010年6月19日01：35，35 kV新況北線跳閘，
重合閘不成功。經(jīng)過故障巡視發(fā)現(xiàn)35 kV新況北線
9號桿三相絕緣子遭到雷擊，1O號桿也有兩相絕緣子
遭到雷擊，其中9號桿中相導(dǎo)線處球頭掛環(huán)被融化脫
落造成接地短路故障，導(dǎo)致重合閘不成功。
經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)35 kV新況北線9號桿面向大號
側(cè)右桿接地引下線被盜，造成該基桿的接地電阻不合
格，從現(xiàn)場的情況來看，此次跳閘為多基多相雷擊跳
閘，符合反擊跳閘的故障特征。改善接地電阻可以說
是輸電線路防雷措施中最常用、最廣泛應(yīng)用的措施。
首先，降低接地電阻是防止線路反擊跳閘的最有效手
段，反擊過電壓的表達式見式(2)。
，1：— — — — ．．— (2)
(1一 ) +(『／／,a一 )盧 +(1一 ‰)一II,c
llt 1 f tL c 1|
式中， 。 為絕緣子串的50％沖擊放電電壓； 為導(dǎo)、
地線間的耦合系數(shù)；盧為桿塔分流系數(shù)；R 為桿塔沖
擊接地電阻；L 為桿塔等值電感；h。為導(dǎo)線橫擔(dān)高
度；h 為桿塔總高度；T，為雷電流波頭長度；h 為地
線平均高度；h 為導(dǎo)線平均高度； 。為導(dǎo)線與地線間
的幾何耦合系數(shù)。
由式(2)可以得知，在線路絕緣水平已經(jīng)固定的
情況下，降低桿塔沖擊接地電阻 是最直接的方法。
降低接地電阻的方法多種多樣，需要因地制宜，
第34卷第1期 四川電力技術(shù) Vo1．34．No．1
201 1年2月 Sichuan Electric Power Technology Feb．．201 1
目前瀘州電業(yè)局一直堅持采用的兩種降阻方式是：外
引接地方式，也就是俗話說的接地引下線暗改明；以
及加裝石墨接地模塊的方法。以上兩種方式中，外引
接地方式在110 kV及以上電壓等級線路中已經(jīng)普遍
展開，取得了非常好的實際應(yīng)用效果。加裝石墨接地
模塊目前已在35～220 kV線路中推廣，效果比較明
顯，并且石墨接地模塊具有輕便、安裝方法簡單、靈活
等諸多優(yōu)點。
其他各種類型的防雷措施，比如避雷器、避雷針、
接閃器等等，都是建立在桿塔接地電阻合格的基礎(chǔ)之
上。避雷針、避雷線是將保護范圍內(nèi)的雷電吸引到自
己身上，通過接地裝置安全導(dǎo)人地中。避雷針、避雷
線是引雷針、引雷線，通過犧牲自身，保護一定范圍內(nèi)
的物體在此空間內(nèi)不受雷擊。為了使雷電流能順利
下泄，避雷針、避雷線的接地體一定要滿足要求。
3．4 220 kV納敘一、二線雷擊跳閘情況及改造措施
220 kV納敘一、二線為該局2009年新投運的
220 kV同塔雙回線路，全線均位于瀘州南部的山區(qū)
之中，屬于多雷區(qū)域。由于該線路的設(shè)計時間為
2007年，對于防雷措施的考慮不夠周全，全線直線塔
避雷線對上導(dǎo)線的保護角均為22。左右，部分直線轉(zhuǎn)
角塔的避雷線保護角度數(shù)甚至達到了30。以上。而
經(jīng)過2009年的統(tǒng)計分析，220 kV納敘一、二線在以
線路為中心半徑1 km 的范圍內(nèi)共落雷1 274次，處
于極其容易遭受雷擊的區(qū)段，在進行防雷設(shè)計時應(yīng)當(dāng)
將線路的保護角設(shè)計為10。以下。
2009年全年，220 kV納敘一、二線共發(fā)生4次雷
擊跳閘，均為繞擊形式，故障點均為中、上相。
2010年，該局在220 kV納敘一、二線上安裝了2
組線路避雷器、8組雷電接閃器。2010年1月至今共
發(fā)生2次雷擊跳閘，2次均為繞擊形式。2處故障點
均不在避雷器、接閃器的保護范圍之內(nèi)。
因此，雷電接閃器、避雷器對于防止線路繞擊跳
閘還是有作用的，前提是一定要保證桿塔的接地電阻
合格。2010年該局在該線路上安裝了雷電接閃器之
后跳閘次數(shù)減少了50％ 就是一個很好的證明。
從 表達式可知，繞擊時導(dǎo)線上電壓幅值隨雷
電流，的增加而增加，若超過線路絕緣子串的，則絕
緣子串將閃絡(luò)。繞擊耐雷水平，2可令uA=Us。 來計
算，即
，2
中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建議也可以根據(jù) 100，來近
似估算線路繞擊時的耐雷水平，因而有
r 一 0％ ?
12 — 100
由上式可以求出110 kV、220 kV線路繞擊式耐
雷水平分別只有7、12 kA。因此線路的繞擊耐雷水
平是很低的，要提高線路的繞擊耐雷水平只能通過以
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2011年2月
四川電力技術(shù)
Sichuan Electric Power Technology
V01．34．No．1
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下幾種途徑：一是增加線路的絕緣，比如增加一到兩
片絕緣子；二是增大避雷線的保護角，部分重要的電
源線路采用0。甚至負保護角；三是采取其他防雷措
施，l：L~n在易擊段線路上安裝避雷器等防繞擊裝置。
就目前的情況來說，線路投運以后桿塔的形式已經(jīng)固
定，無法再增加線路絕緣、增大避雷線保護角，采取其
他防雷措施成為最簡單有效的方法。瀘州電業(yè)局在
220 kV納敘一、二線上取得一定的成功經(jīng)驗后，決定
采取進一步的防雷措施，在線路上安裝防繞擊避雷針、
加裝線路避雷器，以期能夠更加減少雷擊跳閘次數(shù)。
4 輸電線路防雷保護措施的適用性總結(jié)
4．1 架設(shè)避雷線
架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護有效措施。避
雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時還具有分流
作用，可以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電
位；此外，通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣
子的電壓；其次對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上
的感應(yīng)過電壓。從該局的實際運行經(jīng)驗中可以看出，
架設(shè)避雷線對于耐雷水平較低的35 kV線路尤其重
要。而對于110 kV及以上電壓等級線路，從前面的
分析可以看出，繞擊已經(jīng)成為威脅110 kV及以上線
路的主要雷擊形式，因此在條件允許的情況下盡可能
地增大線路的保護角是非常有必要的，新建的110
kV、220 kV同塔雙回線路最好是都能夠采用0。甚至
負保護角。
4．2 降低桿塔接地電阻
降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時的電位
升高，這是配合架設(shè)避雷線所采取的一項有效措施。
在土壤電阻率低的地區(qū)，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
般方法很難降低電阻時，可采用多根放射形接地體，
或采用有效的降阻劑降低接地電阻值。目前該局已
經(jīng)將降低接地電阻作為一項運行的基本工作來做，一
切的防雷措施都必須建立在接地電阻合格的基礎(chǔ)之
上。在運行工作中，加裝線路桿塔石墨接地、水泥桿
接地引下線暗改明均為日常的工作內(nèi)容。
4．3 安裝線路避雷器等其他防雷裝置
對于110 kV及以上電壓等級輸電線路，繞擊跳
閘為主要的雷擊跳閘類型，在保證接地電阻合格的情
況下，采取安裝線路避雷器等其他裝置成為了主要的
． 64 ．
防繞擊措施。目前該局安裝的防雷裝置有線路避雷
器、雷電接閃器、可控避雷針，這3種裝置當(dāng)中，避雷
器的使用經(jīng)驗已經(jīng)比較豐富，效果也比較好，但是安
裝比較麻煩。雷電接閃器的安裝比較簡單，但是在原
理上只能防直擊雷，無法防反擊雷，使用經(jīng)驗也只有
一年?？煽乇芾揍樖墙陙硗瞥龅囊环N新式防雷裝
置，從原理上分析可以防繞擊和反擊，但是使用經(jīng)驗
仍然為零，其效果有待驗證。
4．4 合理選擇輸電線路路徑
大量運行經(jīng)驗表明，線路遭受雷擊往往集中于線
路的某些地段，稱之為選擇性雷擊區(qū)，或稱為易擊區(qū)。
線路若能避開易擊區(qū)，或?qū)σ讚魠^(qū)線段加強保護，則
是防止雷害的根本措施。因此作為運行單位在日常
工作中一定要注意特殊區(qū)段的清理建檔工作。
5 結(jié)語
架空線的防雷工作是一項長期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，
架空輸電線路防雷設(shè)計的目的就是提高線路的耐雷
水平，降低線路的雷擊跳閘率，確保電網(wǎng)的安全運行。
在考慮線路防雷方式時，應(yīng)考慮到線路遭受雷擊的類
型，進行相應(yīng)的防雷設(shè)計保護，同時應(yīng)全面考慮線路
的重要程度、系統(tǒng)運行方式、線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動
強弱、地形地貌特點、土壤電阻率的高低條件，結(jié)合當(dāng)
地原有線路的運行經(jīng)驗，綜合比較，因地制宜，采取合
理的防雷保護措施。
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