浅谈输电线路防雷保护的应用

　　一、常规防雷方法的分析
　　现电力系统输电线路中，现行的防雷措施一般有以下几种：
　　1、架设避雷线
　　这是高压和超高压输电线路防雷保护的最基本和最有效地措施。避雷线的作用主要是防止雷直击导线，同时还有分流作用以减少流经杆塔的雷电流，从而降低杆塔顶部电位。通过对导线的耦合作用可以减少线路绝缘子上的过电压。对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应电过电压。
　　根据DL/620-1997《交流电气装置的过压保护和绝缘配合》中规定，各电压等级的线路，一般采用下列保护方式：
　　1 330kV和500kV线路应沿全线架设双避雷线，但少雷区除外。
　　2 220kV线路宜沿全线架设避雷线，少雷区架设单避雷线。
　　3 110kV线路一般沿全线架设避雷线，在山区和雷电活动等特殊强烈的地区，宜架设双避雷线。在少雷区可不沿全线架设避雷线，但应装设自动重合闸装置。
　　4 35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。
　　2、降低杆塔接地电阻
　　规程要求, 有避雷线的线路, 杆塔的工频接地电阻在干燥的雷季不宜超过表1-1 所列数值:

土壤电阻率(Ω.ｍ)	100及以下	100～500	500～1000	100～2000	2000以上
接地电阻 （Ω）	＜10	＜15	＜20	＜25	＜30

　　3、采用线路避雷器
　　线路型避雷器使用在线路绝缘子串旁。当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流发生变化，一部分雷电流传入相邻杆塔，一部分经杆塔入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作。大部分雷电流从避雷器流入导线，将在导线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从导线中分流的雷电流，这种耦合作用将使导线电位提高，使导线和杆塔顶部之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子就不会发生闪络。线路避雷器起着很好的钳电位作用。
　　4、架设耦合地线
　　在建成投运后雷击故障频繁的输电线路上，在导线下方假加一条耦合地线，一是可以增加避雷线与导线之间的耦合作用，降低绝缘子串两端的反击电压;二是雷击杆塔顶部时，增大向相邻杆塔分流的雷电流。
　　5、加强线路绝缘
　　由于输电线路个别地段需要采用大跨越高杆塔，这就增加了杆塔落雷的机会。高杆塔落雷是塔顶电位高，感应过电压打，而且受绕击的概率也较大。一般为增加绝缘子串片数、使用大爬距悬式绝缘子、增大空气间距等方法来增加线路绝缘。
　　二、连城县的雷电活动特征
　　连城县年均雷暴日约为65d(1991--2007年)，属于典型的多雷暴区。根据每次雷雨天气气象观测实况看：天气系统多数从北方向进入县境， 东南方向结束，每次降水过程在当地停留时间基本在半小时左右。另一方面，典型的高原山区气候特点造成我县雷电地闪情况比较多，以致我县雷击灾害事故数量在全省一直属于中上水平。从雷暴活动时间分布上，多数年份全年均有雷暴天气发生，一般从2月份开始，到7月份逐渐增加，7—8月达到高峰，9月份迅速减少。
　　连城近几年的运行数据表明，通过现场测量得到了杆塔接地电阻、避雷器接地电阻、线路及变电站单相接地电容电流的测试参数，分析了引起线路雷击事故的主要原因。通过研究发现目前连城电网线路不是全线架设避雷线，部分接地电阻超标，有些线路没有装设自动重合闸，电网设备防雷保护不过完善，防雷形势比较严峻。
　　根据历年来气象部门的资料统计，连城县的气象条件如下：

序号	气象条件	温度(℃)	风速（m/s）	覆冰厚度（mm）	备注
1	最大风速	-5	25	0
2	覆冰	-5	10	10
3	最低气温	-10	0	0
4	安装	-5	10	0
5	最高气温	+40	0	0
6	平均气温	+15	0	0
7	内过电压	+15	15	0
8	外过电压	+15	10	0

　　三、雷击跳闸率
　　连城县电网输电线路雷击跳闸情况：
　　我们将连城县供电公司2006～2007年输配电线路事故障碍次数进行统计，从事故障碍原因进行分析，可以分为以下几类:

时间	运行维护检修过失	设备质量	线路雷击	外力破坏	原因不明
2006年	6	4	10	4	0
2007年	9	9	18	5	2

　　其中雷击跳闸占所有事故跳闸的41.79%，说明在连城县电网中最主要的事故障碍原因是雷击。
　　由于连城县输电线路的防雷设计计算是根据规程法，落雷密度和雷电日都是取规程中的规定值，杆塔则以线路中较为普遍的杆塔型号为代表进行计算，根据计算结果，整条线路采取同一规格同一标准的均一化设计方案。规程法以其简单实用的特点而成为现今输电线路工程防雷设计及改造中重要的理论依据。
　　应用电力行业标准中推荐的雷电参数和方法对连城县的110kV庙文线线路雷击跳闸率进行了计算，庙文线(线路总长为157km),按照规程法计算出庙文线的雷击跳闸率为3.605次/(100km·a)，根据庙文线的实际雷击跳闸记录，庙文线在2000～2005年这6年间，总共跳闸22次，折算出庙文线实际的年平均100 km雷击跳闸率为22÷6÷1.57=2.335次/(100km·a)，结果发现前者的计算结果比后者大1.5倍。究其原因，是按照规程法标准中的地面落雷密度y取得过大所致，因此规程推荐的落雷密度不适用于庙文线雷击跳闸率的计算，但该标准中的雷击跳闸率计算公式还是可行的。由上可知设计线路的时候得结合当地的实际情况来计算线路的雷击跳闸率。
　　四、连城县输电线路的防雷措施及效果
　　结合连城电网线路实际情况提出在易击杆塔加装线路型避雷器、降低线路杆塔接地电阻、提高线路的耐雷水平以降低雷击跳闸率。
　　1、降低线路杆塔接地电阻
　　1 对新建的工程，设计部门在设计时应在实测杆塔的土壤电阻率的前提下，根据接地体的总长度和埋深要求，提出合理的接地电阻设计值，对多雷区重要的新建线路应有强化防雷的措施。对投运线路应加大对老旧线路的投资和改造力度，对雷击频发区段，尽快全面整改;对于土壤电阻率较高的疑难地区的线路，则应跳出原有设计参数的框框，实施强化降阻手段。
　　2对投产的线路抽查接地体的埋深是否符合规程的要求，射线长度是否达到设计的规定值，并建立杆塔接地电阻值、埋深、走向等原始技术台帐。35kV西北线为2007年新建线路，于2008年开始运行，2009年4月份对其接地电阻进行测量，从测量的结果来看，35kV西北线所测量的45根杆塔中只有19基的接地电阻是合格的，有26基不合格，不合格比例为57.78%，经研究发现接地敷设长度和规程明显有偏差，也有些是由于接地沟回填土下沉造成了引下线长度不够。由于连城县很多地段属于高土壤地区，杆塔的工频接地电阻要达到允许值较困难，因此杆塔需要采用两根连续伸长接地线来提高杆塔的耐雷水平。水泥电杆的避雷线、横担和绝缘子固定部分，应有可靠的连接和接地，每根杆塔的工频接地电阻，在雷雨季节一般不超过表1-1所列数值。在雷雨季节土壤干燥时，其接地电阻在不连避雷线测量最大不超过30Ω。同时也要重视无避雷线的杆塔接地。无避雷线的水泥电杆、金属杆塔的接地电阻虽然一般不限制，但在年均雷暴日超过40天的地区，接地电阻也不宜超过30Ω。
　　2、在特殊区段使用一定数量的线路避雷器
　　将线路型避雷器应用到输电线路上基于两个目的：一是应用到输电线路雷电活动强烈的线段或某些降低接地电阻有困难以及对防雷有特殊要求(如过江杆塔)的局部线段 以提高线路的防雷性能;二是沿线路装设线路型避雷器以深度限制沿线的操作过电压水平。在上面这两种情况下 线路型避雷器都要承受线路遭受雷击时的冲击电流的作用，当雷击避雷线、杆塔和导线时，输电线路采用线路型避雷器虽可大大提高线路的耐雷水平，但线路型避雷器本身也必须承受一定的冲击放电电流和雷电能量的作用。因此，计算和研究安装在输电线路上的线路型避雷器的雷电放电电流以及承受的雷电能量的要求是很有必要的。随着避雷器在雷击频繁地区的应用中表明，线路型避雷器对保护线路绝缘子串免受雷电过电压引起的闪络，减少线路雷击跳闸率，提高线路耐雷水平效果很明显。
　　安装线路避雷器的防雷效果分析：
　　旧庙线、池庙线安装避雷器后，经过三个雷雨季节，共装避雷器6只，动作25次，历年、近3年、安装避雷器后的雷击跳闸率分别为5.15、4.96、3.68，雷击跳闸率大幅度降低，为历年的71%，有效地预防了雷击放电。由上可见输电线路安装了线路型避雷器后极大的提高了输电线路绕击耐雷水平。
　　3、提高线路的耐雷水平
　　1 加强线路的维护。根据季节的变化，保证线路走廊(尤其是大跨越、多雷区等特殊地区)有足够的安全间隙。
　　2 加强线路的绝缘
　　加强线路零值瓶的检测，保证线路有足够的绝缘强度。雷电冲击放电偏低的新合成绝缘子，应加长10～15 ，保证其耐雷水平与瓷值或玻璃绝缘子相当。在线路设计选择绝缘子形式时，应充分比较各种绝缘子的性能掌握各种绝缘子的相关参数，分析其特性。玻璃绝缘子有较好的耐电弧和不易老化的优点，特别是玻璃是熔融体，质地均匀，烧伤后的新表面仍是光滑的玻璃体，仍具有足够的绝缘性能，并且绝缘子本身具有自洁性能良好和零值自爆的特点对线路运行维护具有优势。对于如今在线路上推广使用的复合绝缘子，从连城县供电公司在多条35～110kV线路上运行情况来看，复合绝缘子优异的抗污闪性能不容置疑，但耐雷电冲击性能并无优势;这是由于复合绝缘子伞裙直径较小，两端金具头较长，因尔对于相同高度，其电弧距离(即有效绝缘长度)小于瓷或玻璃绝缘子串，亦即绝缘子的耐雷水平小于同长度的瓷或玻璃绝缘子串。这种不利因数对长度越短的复合绝缘子越明显，特别是在110kV及以下电压等级中显得尤为突出。
　　3 统一技术要求
　　对大跨越全高超过40 m的杆塔接地电阻的要求不尽一致，常导致基建与生产交接的矛盾。通过增加接地射线的长度、根数或采用延伸接地等措施尽可能地降低杆塔的接地电阻，争取不超过相同土壤电阻率设计值的5O%。安装输电线路时，安装单位要严格按有关规程、规范进行施工，讲究施工工艺，确保施工质量，并使用优质合格的原材料。安装过程中，应由运行单位和工程监理严格把关，全过程参与，及时监督和检查以确保工程质量。
　　五、结论
　　通过对输电线路防雷的研究，笔者体会到只要重视输电线路的防雷，加大对输电线路防雷的投入，提高输电线路防雷的科技含量，加强对雷电的监测和预防，加强输电线路的运行维护工作，输电线路防雷是“可控”的，降低其雷击跳闸率是完全可行的。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 浅谈输电线路防雷保护的应用

文章地址： http://www.qikanvip.com/guangdianjishu/2427.html