超高压输电线路雷击跳闸典型故障分析

超高压输电线路雷击跳闸典型故障分析
摘要：随着经济的发展，电力需求越来越大，为此国家大力建设超高压输电网
络以解决日益增长的电力需求。

然而，作为电力输送最主要的输电线路经常遭受
雷击，而一旦遭受雷击，不仅严重影响电力系统正常运行，而且给人们的生产、
生活带来诸多不便。

本文分析了超高压输电线路雷击跳闸原因，并探讨了超高压
输电线路的防雷措施。

关键词：超高压输电线路；雷击跳闸故障；防雷措施
超高压输电线路是整个电力系统的重要组成部分，为保证电力能源源不断的
输送到各个用户手中提高了必要的保障。

然而，对超高压输电线路来说，因雷击
等自然因素而造成的故障可引起较大的危害，所以需有效的分析雷击故障的相关
因素，同时提出有效的防治措施，以便于促进供电线路的平稳发展。

一、故障情况及分析
1事故情况
某电网500kV输电线路＃199铁塔附近边相发生雷击故障跳闸，重合成功，
接地引下线上有不太明显的放电痕迹。

根据现场资料，杆塔高度为36m，避雷线
高度41m，地面倾角约-35。

，线路保护角为7.7。

，两避雷线间的距离b为
23.8m。

2事故分析
1）反击分析。

查#199塔两接地点接地电阻很小，分别为0.7、1.3Ω，其反击
耐雷水平I为162.8 kA，而我国一般地区雷电流幅值>I的概率P＝1.41％，故超过
此I值的概率很小。

经高压线路的运行经验表明，对于高度<50m、接地电阻<5Ω
的输电线路，反击的可能性很小。

2）绕击分析。

按规程法雷击导线时的耐雷水平I=23.35kA，超过此幅值的雷
电流概率P＝54.3％，则山区发生绕击概率Pａ=1.54×10-3。

可见#199塔发生绕击
跳闸事故的可能性也极小。

按EGM法绝缘子串的耐雷水平，=16.7kA，能引起绕
击的最大击距=35.3m，按击距公式能引起绕击的最大雷电流=9.8 kA，可见，>，
即#195塔线路档达到了有效屏蔽，其绕击闪络次数为零。

按规程法和EGM法，
#195杆塔发生绕击的可能性也极小，规程法建立在高压线路经验累积的基础上，
其计算线路绕击率时并未考虑雷电流的过程及等对屏蔽效果的影响，EGM法虽引
入了绕击率与雷电流幅值相关的观点，考虑了线路结构和雷电流参数对绕击率的
影响，但在求最大击距的公式中既未考虑对绕击的影响，也未考虑雷击于导线与
雷击于地面的平均电场强度之不同。

EGM法不能反映不同形式的临界场强对绕击
率的影响，也无法解释山区线路绕击率过大和某些处于完全屏蔽的线路屏蔽失效
的原因。

二、超高压输电线路雷击跳闸原因分析
1塔杆位置设置不合理
超高压输电线路是电能传输的主要通道之一，在进行电能传输的过程中会经
过很多不同的区域，在研究中发现，山区发生雷击跳闸事故率是平原的4倍左右，因此山区位置的防雷工作是整个输电防雷工作重点。

对超高压输电线路造成运行
安全危害的雷击主要是直击雷。

此外，部分地区塔架建设在含有丰富金属矿物的
位置，这类地形极易将雷云与大地进行连接起来。

再加上铁塔和导线是极佳的导体，输电线路由于具有电荷。

拥有吸雷的效果，比其他物体更易遭到雷击。

2避雷线的保护角度设置不合理
在输电线路中，避雷线的设置将会直接影响到整个线路的安全与稳定．在进
行设置的过程中一定要确保其设置的角度科学合理，起到保护导线的作用。

避雷
线和导线保护角度．也就是避雷线与外侧导线间的连接线与避雷线，以及对面垂
直线间的夹角都有着密切的联系。

增加或减小保护角都会对避雷效果产生影响。

跳闸的机率和保护角的大小存在正比关系。

角度增大导致雷击概率增加，反之雷
击概率降低，只有保护角减小到一定角度时．才可能有完全屏蔽雷电的效果。

根
据以往的经验，直线杆塔出现雷击跳闸的机率和保护角有关，保护角的降低可有
效地减少雷击。

因此避雷线保护角的设置至关重要。

3塔杆接地电阻存在问题
根据相关设计和建设规范，对超高压输电线路的塔杆尺寸以及绝缘子串50％
的雷电冲击绝缘能力进行实验，验证电阻与塔杆遭受雷击概率间的关系。

结果显
示塔杆接地电阻升高，会导致遭受雷击的机率增加。

这是由于实际运用时，耐雷
水平和线路电阻、导线底线几何耦合系数、导线避雷线几何耦合系数、冲击接地
电阻、分流系数、杆塔高度与电感等有着数学函数关系。

经过对该函数进行分析
可知，输电线路的接地电阻的提高，线路的耐雷能力出现下降趋势。

要想提高线
路耐雷能力一定要使塔杆电阻降低，然而在实际过程中塔杆所处区域的土壤无法
进行控制，从而对电阻控制有所影响，一旦电阻过大就会导致出现雷击跳闸事故。

4塔杆自身绝缘效果问题
线路塔杆的绝缘能力对雷击跳闸也存在着一定的影响，在研究中发现，输电
线路施工安装的过程中，如果在线路上增加垂串绝缘子的数量，能够有效的降低
雷击跳闸事故的发生概率。

现实中的输电线路在运行过程中，平原出现的雷击闪
络大多出现在合成绝缘子串使用位置，如果合成绝缘子串存在问题，极易造成雷
击跳闸。

虽然可以提高抗污染能力，但是其防雷能力却下降。

三、超高压输电线路的防雷措施
1架设避雷线路
相对而言，架设避雷线路是目前放置超高压输电线路遭受雷击最基础的方式。

其作用原理在于避免带电云层直接与输电线路发生放电现象。

此外，架设避雷线
路能够降低杆塔所负载电流的强度，从而能够有效的控制塔顶的电压。

而根据输
电导线之间的耦合作用，避雷线路又能够降低绝缘子的电压强度。

一般而言，当
输电线路的流经电压值越大时，避雷线路所发挥的避雷效果就越为显著。

2避雷针的使用
目前避雷针是常用的防雷装置之一，然而其所起到的效果却受到质疑。

当超
高压输电线路安设避雷针之后，其遭受雷击的机率将会大大提高。

当带电云层与
避雷针发生放电现象时，其所产生的电流将会沿避雷针的方向流向大地。

在电流
流动的过程中，在电磁作用的条件下将会在其周围形成磁场，进而使感应电压随
之出现。

然而，输电线路的绝缘屏蔽装置并不能对感应电压起到较好的屏蔽作用，从而致使输电线路以及相关设备因感应电压而出现损坏的现象。

3强化输电线路自身的绝缘性
在输电线路敷设的过程中，受到自然条件等影响，常常会出现大跨度的杆塔。

由于输电线路跨度的增大，其与带电云层出现放电现象的机率明显增加。

当塔顶
的电位相对较高时，则其将会产生较大的感应电压，其受到雷击的机率明显增加，尤其是针对绕击雷而言。

因此，应在杆塔架设期间提高绝缘子串片数，从而能够
提高地线之间的高度差，达到提升输电线路自身绝缘性的目的。

该类方法通常用
于不与大地连接或以弧线的方式与地面相连接的位置。

4使用耦合地线
当在地下埋设耦合地线时，除了能够发挥出其正常的耦合作用之外，一方面能够大大降低该区域内土壤的电阻率，另一方面能够起到负载部分雷击电流的作用。

5消雷器的使用
相对而言，消雷器是近年来所研发的一种输电线路的保护装置，其主要防止输电线路与直击雷发生放电。

根据相关研究资料显示，在实际使用期间，该类设备的运行情况较好，且其所能保护的范围远大于避雷针。

6预防电棒
预防电棒的防雷原理在于其能够有效的缩短输电线路与大地之间的高度差，提高线路之间的耦合系数，减小杆塔的分流作用、对感应电压的分布也将会产生一定的作用。

而负角保护针的作用机理在于提升输电线路以及其相关设备的绝缘性能，降低击距。

两种装置通常将会联合施用，根据相关研究资料显示，其避雷效果较为显著。

四、结语
超高压输电线路的稳定运行与电网的安全可靠息息相关。

雷击跳闸严重影响着超高压输电线路的可靠运行，并破坏电网的稳定。

为降低电网超高压输电线路的雷击跳闸率，确保电网的稳定运行，应针对不同的雷电易击区，采取相应的防雷措施，能有效降低超高压输电线路的雷击跳闸率。

参考文献：
[1]钱冠军.500kV线路直击雷典型事故调查研究[J].高电压技术，2015．
[2]安朝军.超高压输电线路雷击跳闸故障及对策[J].低碳世界，2016．。