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山區(qū)高壓輸電線路雷擊跳閘分析和改進措施

文檔作者：曹炯余長水文檔來源：寧波電業(yè)局		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月01日
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201 1年第5期 浙江電力
ZHEJIANG ELECTRIC POWER 19
山區(qū)高壓輸電線路雷擊跳閘分析和改進措施
曹炯。余長水
(寧波電業(yè)局，浙江寧波315010)
摘 要：針對近年來寧波地區(qū)處于山區(qū)的輸電線路雷雨季節(jié)頻遭雷擊引起跳閘故障，分析跳閘原因，
為提高線路耐雷水平減少雷擊跳閘故障，提出防雷改進措施，提高了電網(wǎng)供電可靠性。
關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；雷擊；接地電阻；氧化鋅避雷器
中圖分類號：TM726．1 文獻標志碼：B 文章編號：1007—1881(2011)05—0019—04
Analysis and Improvement M easures of Lightning Trip·-outs for High--voltage
Transmission lines in M ountainous Areas
CA 0 Jiong，YU Chang-shui
(Ningbo Electric Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315010，China)
Abstract：As to the~equent lightning trip·-outs on transmission lines in mountainous areas in Ningbo in thun—-
derstorm seasons during recent years，this paper proposes the lightning protection improvement measures
through the cause analysis in order to improve the lightning protection capability of lines，reduce lightning
trip-outs and strengthen the reliability of power supply in the grid．
Key words：high voltage transmission line；lightning strikes；grounding resistance；zinc oxide arrester
寧波地區(qū)境內(nèi)主要山脈有四明山和天臺山，
山地和丘陵約占總面積的60％。110 kV以上線路
多分布于山區(qū)，地形起伏變化較大，地質(zhì)復雜，
天氣多變，為典型的華東I級氣象區(qū)，年平均雷
暴日38天，線路架設(shè)雙避雷線保護。
近年來，山區(qū)高壓輸電線路因雷擊而引起的
故障日益增多，對線路的安全運行造成了嚴重威
脅。有部分500 kV線路又是跨區(qū)線路，每次事
故巡視不但浪費了巨大的人力、物力而且加大了
運行維護人員的勞動強度。因此線路的防雷保護
成了運行維護的重中之重。
1 山區(qū)輸電線路雷擊成因分析
1．1 雷擊跳閘統(tǒng)計
根據(jù)2006—2010年雷擊統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)，寧
波地區(qū)位于山區(qū)的桿塔雷擊跳閘次數(shù)占總雷擊跳
閘次數(shù)的67．2％ ，其中500 kV線路占95％，220
kv線路占63．8％，110 kV線路占63．5％，可以看
出線路電壓等級越高。山區(qū)的桿塔雷擊跳閘比例
越高，這是因為電壓等級高的線路多處于高山
區(qū)。
表1 輸電線路雷擊跳閘次數(shù)統(tǒng)計
次
輸電線路上出現(xiàn)的雷閃過電壓有2種：一種
是雷擊線路附近地面，由于電磁感應(yīng)所引起的感
應(yīng)過電壓：另一種是雷直接擊中線路引起直擊雷
過電壓。直擊雷又可分為反擊雷和繞擊雷2種：
當雷落在桿塔頂部和避雷線上，由此造成雷擊的
浙江電力 2011年第5期
線路跳閘故障，稱為反擊雷：當雷繞過避雷線．
即避雷線保護失效，直接擊在導線上．由此造成
的雷擊線路跳閘故障，稱為繞擊雷。
1．2 線路繞擊成因分析
根據(jù)高壓線路的運行經(jīng)驗、現(xiàn)場實測和模擬
試驗均證明．雷電繞擊率與避雷線對邊導線的保
護角、桿塔高度以及高壓送電線路經(jīng)過的地形、
地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。
計算山區(qū)的繞擊率 ：
lgPa= 一3．35 (1)
式中： 為保護角；h為桿塔高度。
根據(jù)式(1)可以推算出山區(qū)的繞擊率在5％
左右，但山區(qū)線路的繞擊率約為平地線路的3
倍。山區(qū)線路不可避免會出現(xiàn)大跨越、大高差檔
距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)。一些地區(qū)雷
電活動相對強烈，使某一區(qū)段的線路較其它線路
更容易遭受雷擊。
1．3 線路反擊成因分析
雷擊桿、塔頂部或避雷線時，雷電電流流過
塔體和接地體，使桿塔電位升高，同時在相導線
上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。如果升高塔體電位和相導線
感應(yīng)過電壓合成的電位差超過高壓送電線路絕緣
閃絡(luò)電壓值，即 >‰ 時，導線與桿塔之問就
會發(fā)生閃絡(luò)，這種閃絡(luò)就是反擊閃絡(luò)，閃絡(luò)電流
，l為：
I1=— — — _ — — (2)
(1-k)／3R ( 卜 )
．O d ．0
式中： 。％為絕緣子串50％沖擊閃絡(luò)電壓；k為導
線線間耦合系數(shù)；k。為導線與地線間的耦合系
數(shù)； 為桿塔分流系數(shù)；R 桿塔沖擊接地電阻；
厶為桿塔電感；h 為地線平均高度；h 為導線平
均高度；h 為桿塔高度；h 為橫擔對地高度。
由式(2)可以看出，降低桿塔接地電阻尺 、提
高耦合系數(shù)k、減小分流系數(shù) 、加強高壓送電
線路絕緣都可以提高高壓送電線路的耐雷水平。
應(yīng)著重考慮降低桿塔接地電阻尺 的方法作為提
高線路耐雷水平的主要手段。
1．4 線路繞擊和反擊對比
線路遭受反擊或繞擊雷的特點對比見表2，
由表2可以看出．山區(qū)的雷擊線路故障主要是雷
表2 反擊或繞擊雷與線路狀態(tài)的對比
反擊雷 繞擊雷
雷擊電流
接地電阻
閃絡(luò)基數(shù)及相數(shù)
塔身高度
地形特點
閃絡(luò)相別
較大
大
一基多相或多基多相
較高
一般．不易繞擊
耐雷水平低相(如下相)
較小
小
單基單相或相臨兩基相
較低
山坡及山頂易繞擊處
易繞擊的相(如上相)
擊桿塔．即反擊率比例在95％左右。因此，山區(qū)
線路防雷工作的重點應(yīng)放在防雷擊桿塔上。
為了有效防止山區(qū)輸電線路雷害故障的頻繁
發(fā)生，針對山區(qū)輸電線路以反擊雷為主的特點，
采取降低桿塔接地電阻的方法來提高線路耐雷水
平。對于繞擊易發(fā)點、高山跨越桿塔以及難降低
接地電阻的線路．裝設(shè)線路型氧化鋅避雷器。
2 降低桿塔接地電阻
2．1 桿塔接地電阻
輸電線路桿塔接地裝置通過桿塔或引下線與
避雷線連接，將直擊于輸電線路的雷電流引入大
地．以減少雷擊引起的跳閘故障。無疑降低接地
電阻是提高線路耐雷水平防止反擊雷最有效、經(jīng)
濟的方法。對于桿塔接地裝置，它的沖擊接地電
阻值越低，雷擊時加在絕緣子串上的電壓就越
低。發(fā)生雷擊閃絡(luò)的幾率就越小。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，
有避雷線的線路桿塔。解開避雷線時的工頻接地
電阻在雷季干燥時不宜超過表3所列數(shù)值。
表3 輸電線路接地電阻
土壤電阻100及
100～500 500～1 000 1 0OO～2 000 2 000以上
率／(Q·m) 以上
接地電阻／n 10 15 20
由于線路途徑的地理條件比較復雜。通常的
施工方法很難使接地電阻達到要求，有的接地電
阻甚至高達幾百歐姆．導致在雷雨季節(jié)線路頻繁
遭雷擊。而大部分桿塔位于高山的山頂上，又增
加了遭受雷擊的幾率。針對這種現(xiàn)象，根據(jù)當?shù)?
的氣象條件和線路的耐雷水平模擬計算結(jié)果，確
定了桿塔接地裝置接地電阻改造的預期目標是：
在地質(zhì)條件較惡劣．如巖石上的桿塔或土壤電阻
率為1 000 Q·m以上的桿塔。其接地電阻控制在
20 Q 以下，并要求沖擊電阻控制在l5 Q 以內(nèi)：
2011年第5期 曹炯．等：山區(qū)高壓輸電線路雷擊跳閘分析和改進措施 21
對于地質(zhì)條件特別惡劣的典型桿塔，在采取多種
改造措施后仍達不到20 Q 以下時，必須采取其
他措施提高線路的耐雷水平。
2．2 降低桿塔接地電阻的措施
(1)對于有表層土壤下面是巖石的桿塔，充分
利用表層土壤的散流作用，增加射線占地面積，
在原有地網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用雙股 10 mm圓鋼，延
長水平接地射線長度(不超過100 m)和增加射線
數(shù)量(不多于8根)，保證埋深0．6～0．8 m。當土層
厚度小于0．6 m時要求在地溝內(nèi)填充長效防腐阻
劑、草木灰等低阻物質(zhì)，并采取防雨水沖刷措
施。同時，根據(jù)具體桿塔的地形地貌，在原射線
上增加多根20～30 m短射線。
(2)對無土巖石的山地桿塔，開挖多條槽溝。
槽溝尺寸：寬0．4 m深0．6～0．8 m，在槽溝內(nèi)埋入
雙股 10 mm圓鋼并填充回填土(P<1001~·m)，
長效防腐阻劑、草木灰等低阻物質(zhì)，上層用混凝
土澆筑．厚度為10 em．混凝土每隔5 m留收縮
縫1個。并用瀝青勾縫，最后在混凝土干燥后用
泥土水平覆蓋夯實。要利用桿塔具體的地形地貌
特點合理布置槽溝，槽溝之間相互貫通。
(3)對原已敷設(shè)地網(wǎng)中不滿足上述埋深要求
或經(jīng)雨水沖刷暴露出來的地網(wǎng)按(1)和(2)中的要
求重新埋設(shè)和加固，特別是位于陡坡上的地網(wǎng)。
(4)當桿塔某一方向有土壤層時，可以在該
方向土壤中敷設(shè)矩形地網(wǎng)。
3 裝設(shè)線路型氧化鋅避雷器
對于繞擊易發(fā)點、高山跨越桿塔以及接地電
阻難降的線路。如裝設(shè)線路型氧化鋅避雷器，可
防止雷直擊導線、鐵塔或避雷線后絕緣子的沖擊
閃絡(luò)，降低線路的雷擊跳閘率。
加裝避雷器輸電線路遭受雷擊時，雷電流的
分布將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷器傳人相
鄰桿塔，一部分經(jīng)塔體人地。大部分的雷電流從
避雷器流人導線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流
經(jīng)避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應(yīng)作
用，將分別在導線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因
為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電
流，這種分流的耦合作用將使導線電位提高，使
導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電
壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡(luò)。因此，線路避雷器具
有很好的鉗電位作用，線路避雷器安裝位置為：
(1)位于山坡上的桿塔，一般是外側(cè)線路容
易繞擊，則只在外側(cè)相導線上安裝線路避雷器。
(2)位于山頂?shù)臈U塔。則繞擊易出現(xiàn)在邊相，
因此在兩側(cè)安裝線路避雷器。
(3)在雷電活動強烈地區(qū)，為了進一步提高
線路耐雷水平．建議在相鄰的桿塔各安裝1組線
路避雷器。
4 結(jié)語
山區(qū)高壓輸電線路防雷措施是否得當，重要
的是準確判定易雷擊區(qū)，從而根據(jù)線路桿塔的實
際位置，有針對性地采取各種防雷措施，達到事
前預防及控制，降低雷擊跳閘率的目的。
參考文獻：
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電力出版社．20o3．
【2】DL／T 5092—1999 110—500 kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)
規(guī)程【S】．北京：中國電力出版社，1999．
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電力技術(shù)。1994(3)：44—47．
[5】 李景祿，胡毅，劉春生．實用電力接地技術(shù)[M】．北京：中
國電力出版社．2002．
收稿日期：2010—12—11
作者簡介：曹 炯(1971-)，男，浙江寧波人，工程師，從事
輸電線路技術(shù)管理工作。
(本文編輯：楊 勇)

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