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输电线路防雷的几个问题及改进措施 于荣华 广西电网公司来宾供电局[摘  要] 介绍了输电线路防雷重要性和主要防雷措施，指出输电线路防雷存在的几个问题，分析了这些问题对防雷效果的影响，找出了解决问题的途径和方法，提出了输电线路防雷改进措施[关键词] 输电线路 防雷 问题 改进措施1 引言    输电线路故障中以雷击跳闸占大部分，尤其在山区的输电线路，线路故障基本上是雷击跳闸引起近年来，由于环境条件的不断劣化，输电线路雷击跳闸故障日益增多，严重影响了线路的安全运行据运行记录，雷击跳闸约占架空输电线路故障的60％以上，而且大部分雷害集中在位于重雷区的山区线路，主要是因为山区雷击活动频繁，土壤电阻率高，降低杆塔接地电阻非常困难，线路耐雷水平低，防雷效果差所以采取有效的防雷措施，防止雷击跳闸可大大降低输电线路故障经多年摸索和实践，我国输电线路防雷已基本形成了一系列行之有效的防雷方法和措施，如架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、安装避雷器、提高绝缘水平、投入自动重合闸装置等但在采取这些防雷措施时，往往容易忽略如下几个问题，造成防雷效果不佳输电线路防雷必须注意这几个问题，有的放矢，研究改进防雷措施，才能获得事半功倍的防雷效果。

2 绝缘配合问题    塔头空气间隙的雷电冲击击穿电压应与绝缘子串雷电冲击闪络电压相配合《电力设备过电压保护设计技术规程》（SDJ7-79）规定的大气过电压空气间隙的击穿电压与绝缘子串的闪络电压之比（即配合比）在0.85 左右（污秽区该间隙仍按清洁区配合）即发生雷电时，空气间隙先闪络，保护绝缘子串根据110kV 及以上输电线路运行经验，根据这个配合比选择的线路，发生雷电时绝缘闪络仍有90％发生在绝缘子串上，可见这个配合比仍偏大    在确定空气间隙时，考虑最大风偏，塔头绝缘设计要分别满足雷电过电压、内部过电压及工作电压要求的最小间隙距离，通常用间隙园图来验算以直线塔为例，在中相起控制作用的是雷电间隙，在边相起控制作用的是工作电压间隙，边相雷电间隙园对杆塔存在较大的剩余间隙，因此发生雷电时，边相空气间隙不会闪络另外，发生雷电时并不一定受到规程规定最大风速的影响，无风偏时的空气间隙运大于按绝缘配合比规定的最小距离，间隙裕度太大，因此发生空气间隙闪络的可能性极小，雷击闪络易发生在绝缘子串上    由于塔头间隙裕度大，雷电闪络多数在绝缘子串上，故推荐在雷电过电压绝缘配合设计中，计算风速采用雷电过电压等值风速。

在某一风速下，假定绝缘子串的风偏角恒定不变，其雷电闪络率与全风速（所有可能出现的风速）下的闪络率相等，与这个风偏对应的风速值即为雷电等值风速，它是由绝缘配合统计法求出的    设为额定相电电压峰值，f(v)为风速分布密度，F(u)为雷电过电压幅值分布密度，s(v)为线路杆塔空气间隙（随风速增大而减小），p[u,s(v)]是过电压幅值为u 和空气间隙为s 时杆塔空气间隙的闪络概率，这时一个雷电可能引起线路一个杆塔一相绝缘闪络的（考虑风速影响）：    在风的作用下，只有两相导线靠近杆塔，则线路总闪络率为：    式中p1、p2为风力作用下靠近杆塔的两相导线全线闪络率    而在某一风速（如等值风速）下一个雷电可能引起线路一个杆塔一相绝缘闪络的闪络率为：    式中P（u）为某一风速下所对应的空气间隙的闪络率同理：    由上两式即可求出雷电计算等值风速    当然，为保护绝缘子闪络，也可采取在绝缘子串安装保护间隙的防雷措施，保护间隙小于绝缘子串放电间隙，雷电波侵入时，保护间隙先击穿，线路接地，从而使绝缘子得到保护而且保护间隙击穿后形成的工频续流，会很快自行熄灭，绝缘子不会闪络，不会出现永久性故障。

    另外，可以通过增加绝缘子串长度来提高绝缘子耐雷水平，使绝缘子不会发生雷击闪络但线路两端不能加强绝缘，否则雷过电压会沿线路侵入变电站和发电厂，危及变电设备安全3 防雷接地问题3.1 接触电阻问题    输电线路杆塔必须可靠接地，才能确保雷电流泻入大地，保护线路绝缘实践证明，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少雷击跳闸率的有效措施为确保接地电阻符合设计要求值，我们必须按照运行规程要求定期测量杆塔接地电阻，通常是用ZC-8 型接地电阻测试仪测量，拆开所有接地引下线来测量接地网的工频接地电阻而雷电流是从杆塔顶部泻入大地的，从防雷角度来说，防雷接地电阻应是整个泻流通道的电阻，包括杆塔与接地引下线之间的接触电阻、接地体自身的电阻、接地体与土壤之间的接触电阻及土壤电阻，而不仅仅是接地网的电阻实际上杆塔接地系统存在较大的接触电阻，必须采取有效措施降低杆塔接触电阻，才能真正起到防雷作用    杆塔接地系统中的接触电阻，主要出现在杆塔接地引下线的接地联板处，主要是接地联板螺栓没有紧固，在雨水作用下，形成污秽层特别是在杆塔防锈刷漆时，油漆渗入接地联板里面，接触电阻更大    另外由于杆塔在野外，接地螺栓锈蚀严重，失去传导作用。

经过测量统计，发现有大约70％以上的杆塔存在接触电阻，严重影响防雷效果必须进行处理，保证接地通道畅通处理方法为拆开接地联板，清除接触部位的污秽和锈蚀层，涂上导电膏后再用螺栓紧固，保证接触良好，最后涂上防锈漆在测量杆塔接地电阻时，应用钳表对照测量，发现测试结果误差较大时，说明杆塔存在接触电阻，应立即进行处理3.2 冲击电阻问题    从水平接地体的工频接地电阻计算公式：  （式中ρ 为土壤电阻率，l为接地体长度，t 为接地体埋深，d 为接地体直径）    可知工频接地电阻与接地体长度有关，接地体越长，工频接地电阻越小但在防雷接地中主要考虑雷电冲击接地电阻，冲击接地电阻与工频接地电阻有以下两点主要区别：一是由于雷电流相当于高频，接地体的电感效应将使延伸接地体在雷电流的作用下呈现较大的阻抗；另一方面，由于雷电流幅值很大（数十千安），接地体的电位很高，其周围土壤中的电场强度将大大超过土壤的耐压强度（8.5kv/cm 左右）,在接地体周围的封识 会产生强烈的火花放电实验表明，单根水平接地体的电位为1000kv 时，火花放电区域的直径可达70cm这种在土壤中形成的强烈放电可使土壤的等值电阻率ρ大为减少。

所以，这种火花效应将使接地体的冲击接地电阻Rc 比工频接地电阻R 大大减少通常把冲击接地电阻Rc 与工频接地电阻R 的比值叫做接地体的冲击系数α，其值小于1    水平接地体的冲击系数与接地体长度、雷电流幅值、土壤电阻率等因素有关，当单射线的长度l上升时，冲击系数α上升很快，当采用伸长接地体时，有可能因电感影响更加显著而出现冲击系数大于1 的情况所以为了在雷电流下得到较好的接地效果，建议每根射线的最大长度?不超过以下数值： 4 避雷器的安装问题    目前，国内外已广泛采用线路合成绝缘氧化锌避雷器用于输电线路防雷，而且取得了明显的效果国内外实践表明，线路防雷用金属氧化物避雷器无论在防止雷直击导线方面，还是在雷击塔顶或避雷线时的反击方面都非常有效的特别是位于高土壤电阻率的容易绕击的山区线路，采用传统的防雷措施往往收效甚微，只有采取安装线路避雷器的防雷措施，才能有效防止雷击闪络故障    线路避雷器主要用于降低输电线路雷击跳闸率，而非限制操作过电压，因此线路避雷器宜选用带串联间隙的避雷器由于输电线路避雷器价格较高，必须分析避雷器的安装方式，以满足最大的技术经济效益为充分利用有限资金以求得最佳效益，应根据运行经验，力争较准确的选择线路防雷避雷器的安装地点。

    有关试验分析表明：1）杆塔的接地电阻对线路的耐雷水平影响很大不论避雷器安装方式如何，线路的耐雷水平基本上随接地电阻的增加而减少；2）避雷器能承受较大的雷电流所产生的放电能量，从通流容量来说有较大裕度，可以保证避雷器和线路安全    计算表明：当杆塔接地电阻在15Ω时，在直线杆塔水平排列两边相安装2 支避雷器，可使耐雷水平从147kA 提高到259kA，提高了76.2%，避雷器的效果明显；安装3 支避雷器后，耐雷水平提高到299kA，比安装2支避雷器提高了15.4%，效果一般只有杆塔接地电阻较大时（大于60Ω），在边相安装2 支避雷雷器后，耐雷水平从61kA 提高到109kA，提高了78.7%，效果也较明显；而安装3 支避雷器后，耐雷水平提高到167kA，与在边相安装2 支避雷器的情况相比，耐雷水平提高了53.2%，效果更好    因此，对于杆塔接地电阻较小的，只要在两边相安装避雷器，即可有效地提高线路的耐雷水平，可以满足防雷的需要而当杆塔接地电阻较大时（大于60Ω），若只在边相安装2 支避雷器，虽然也可明显地提高线路的耐雷水平，但耐雷水平只为109 kA此时，若在中间再多装设1 支避雷器，则可使线路的耐雷水平更进一步提高。

    由于线路避雷器的投资较大，因此易击段和易击点的确定是非常重要的，必须进行技术经济比较和分析线路避雷器安装地点的确定应根据线路的具体运行情况，如历年跳闸率、易击段、易击杆塔，充分利用雷电定位系统对有关雷电和线路落雷参数进行分析，结合线路杆塔的各种参数，包括地形、线路运行最高电压以及绝缘配合等因素来综合考虑    为了充分利用有限的资金获得较好的效益，根据线路雷击特点，建议线路避雷器安装在下列杆塔：山区线路易击段易击点的杆塔；山区线路杆塔接地电阻超过100Ω 且发生过闪络的杆塔；水电站升压站出口线路接地电阻大的杆塔：大跨越高杆塔安装；多雷区双回路线路易击段易击点的一回线路    线路避雷器安装时应注意：1)水平排列、垂直排列的线路可只装上下两相，三角形排列的线路安装上相；2）易击点析杆塔安装了避雷器，如相临杆塔接地电阻偏高，最好在两侧相临杆塔上同时安装；3）安装时尽量不让避雷器受力，并保持足够的安全距离；4）避雷器应顺杆塔单独敷设接地线，其截面不得小于25mm2，尽量减小接地电阻    线路避雷器的应用仍有很多技术性问题尚需解决，各单位需积极积累线路运行经验，做好线路防雷基础统计工作，充分利用雷电定位系统，解决易击段、易击杆和安装相别的选择，杆塔接地电阻、地形等因素对防雷效果的影响关系等问题。

同时宜配合采用理论计算分析和校核以达到较好的运行效果，及时跟踪和总结线路避雷器运行经验，以使得这项线路防雷新技术得以有效应用5 雷击性质问题    架空输电线路上出现的雷过电压有两种形式：感应雷过电压和直击雷过电压经实测，输电线路感应雷过电压最大可达到400kV左右，它对35kV 及以下线路绝缘有较大的威胁，但对110kV 及以上线路绝缘威胁很小，所以对于高压输电线路，主要是防止直击雷过电压而直击雷又分为反击和绕击，都严重危及线路安全运行但我们在采取各种防雷措施时，对雷击性质未能有效地分析，很难准确地区分每次线路雷击故障的闪络类型，是反击还是绕击，在防雷措施上的针对性不强，存在一定的盲目性，造成防雷效果不佳只有把雷击性质确定了，才能采取相应有效的防雷措施    反击雷过电压是雷击杆顶和避雷线出现的雷过电压，主要与、绝缘强度和杆塔接地电阻有关，一般发生在绝缘弱相，无固定的闪络相别对反击雷过电压采取的主要措施是降低杆塔接地电阻、加强绝缘，提高耐雷水平    绕击雷过电压是雷电绕过避雷线直接击中导线出现的雷过电压，主要与雷电流幅值、线路防雷保护方式、杆塔高度、特殊地形有关，主要发生在两边相目前对绕击雷过电压采取的主要措施是减小避雷线保护角、安装避雷器等。

    实际运行经验表明：山区线路由于地形因素的影响和有效高度的增加，绕击率较高；平原、丘陵地区的线路，以反击为主可见山区线路选择良好的防雷走廊、减小避雷线保护角、加强绝缘是最有效的防雷措施原、丘陵地区的线路，降低接地电阻是最有效的防雷措施    通过对输电线路雷击故障分析，影响雷。