220kV架空输电线路防雷措施探究

对２２０ｋＶ 架空输电线路雷击跳闸原 因 进 行 分 析。 下 面 笔 者 将 以荆门供电公司 ２２０ｋＶ 输 电 线 路 为 研 究 对 象 ，对 ２００８—２０１３ 年间荆门地区的雷电活动情况及荆 门 电 网 ２２０ｋＶ 输 电 线 路 的 雷击跳闸情况进行统计分析。
研究表明，引发 荆 门 电 网 ２２０ｋＶ 输 电 线 路 雷 击 跳 闸Βιβλιοθήκη Baidu事 故 的原因主要包括以下几个方面：
Ｄｉａｎｑｉｇｏｎｇｃｈｅｎｇ ｙｕ Ｚｉｄｏｎｇｈｕａ◆ 电气工程与自动化
２２０ｋＶ 架空输电线路防雷措施探究
李陈程
（湖 北 省 电 力 公 司 荆 门 供 电 公 司 ，湖 北 荆 门 ４４８０００） 摘 要 ：总 结 了 现 阶 段 我 国 已 有 的 输 电 线 路 防 雷 技 术 ，并 以 荆 门 电 网２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 为 例 ，在 分 析 雷 击 跳 闸 故 障 原 因 的 基 础 上 ， 有针对性地提出了几点防雷措施。 关 键 词 ：２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 ；防 雷 ；雷 击 跳 闸
［参 考 文 献］ ［１］ 李 家 坤 ，刘 娇 娇 ．电 力 变 压 器 差 动 保 护 方 案 的 研 究［Ｊ］．变 压 器 ，
２００７（１０） ［２］ 朱 冬 梅 ．断 路 器 三 相 不 同 期 对 电 机 启 动 及 变 压 器 投 入 的 影 响
［Ｊ］．中 州 煤 炭 ，２００２（５） ［３］ 许 继 集 团 ＣＳＴ３１Ａ 数 字 式 变 压 器 保 护 装 置 技 术 说 明 书［Ｚ］
绝缘子的日常维护对确保其 正 常 功 效 的 发 挥 至 关 重 要 ，这 就要求我们的运维人员对绝缘子的性能进行定期和不定期的 检查，一旦发现零值绝缘子，要及 时 进 行 更 换，并 且 对 污 染 较 为 严重的绝缘子要定期进行清理或更换。 ３．２ 安 装 并 联 间 隙
通过在绝缘子串两端并联一 对 金 属 电 极，并 联 间 隙 可 以 构 成保护间隙，从而 有 效 避 免 绝 缘 子 串 发 生 雷 击 损 坏 事 故 ，降 低 ２２０ｋＶ 架空输电线路的 雷 击 事 故 率 。 并 联 间 隙 的 安 装 方 式 较 多，有首先闪络故障相安装并联 间 隙、一 回 全 相 安 装 并 联 间 隙 、 发生两相闪络时故障相安装并联间隙等。在不同并联间隙安 装方式下，２２０ｋＶ 同塔双回 输 电 线 路 的 反 击 耐 雷 水 平 不 同 ，研 究结果表明只有单回首先闪络相添加并联间隙对线路多相闪 络的耐雷水平提升最好。 ３．３ 降 低 杆 塔 接 地 电 阻
２ ２２０ｋＶ 架空输电线路雷击跳闸原因分析
为了更好地制 定 ２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 的 防 雷 措 施 ，需 要
１０２ ｍｓ时 刻 差 动 电 流 数 据 如 表 １ 所 示 。 表 １ １０２ ｍｓ时 刻 差 动 电 流 数 据
项目
Ａ相
Ｂ相
Ｃ相
门槛定值
差动电流 幅 值／Ａ
１．５９＜ 动 作 门 槛 ２．３８＞ 动 作 门 槛 １．７３＜ 动 作 门 槛 １．７５
０ 引 言
近年来，我国针 对 ２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 的 防 雷 展 开 了 一 系列研究，如清华大 学 就 研 制 出 适 合 多 雷 地 区 的 ２２０ｋＶ 无 间 隙线路避雷器，它具有很好的钳 电 位 作 用，防 雷 效 果 比 较 明 显 。 但毋庸置疑，我国对 ２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 防 雷 措 施 的 改 进 还 处于摸索阶段，与 世 界 先 进 水 平 还 存 在 较 大 的 差 异 ，对 其 展 开 研究势在必行。
（３）对于已经 修 建 好 的 ２２０ｋＶ 输 电 线 路，由 于 环 境 等 限 制，很难通过采用 降 低 线 路 保 护 角 、将 关 口 前 移 等 方 式 来 提 高 线 路 的 抗 绕 击 能 力 ，因 此 限 制 了 线 路 防 雷 水 平 的 提 高 。
（４）将合成绝缘子应用于２２０ｋＶ 架空输电线路中，能够极 大地提高线路的耐雷水平，但此 种 方 式 的 缺 点 是 无 法 实 现 无 限 制的加长，而且目前很多使用多 年 的 合 成 绝 缘 子 本 身 老 化 程 度 较 高 ，因 此 加 大 了 闪 络 发 生 的 几 率 。
从故障量分析可 知，１０２ ｍｓ时 刻 差 动 电 流 的 特 征 为 ：Ａ、Ｃ 相差动电流小于动作 门 槛，没 有 参 与 谐 波 闭 锁 的 判 别 ；而 Ｂ 相 差动电流大于动作 门 槛，同 时 谐 波 含 量 小 于 ２０％ 的 闭 锁 门 槛， 满足保护动作条件，故现场 Ｂ 相差动保护动作出口。 ３．３ 应 对 措 施
对于荆门电网 ２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 而 言 ，大 部 分 杆 塔 的
接地电阻都较大，这非常不利 于 雷 击 事 故 的 防 护。 目 前 主 要 有 以下方法降低杆塔的接地电阻：
（１）因地质原因而造 成 的 杆 塔 接 地 电 阻 较 大 （如 在 砂 土 和 岩石的地质条 件 下 架 设 杆 塔 ），可 以 通 过 改 造 来 降 低 杆 塔 的 接 地电阻；
１ 现 阶 段 我 国 已 有 的 输 电 线 路 防 雷 技 术
如前文所述，近年来我国在输 电 线 路 防 雷 方 面 进 行 了 大 量 的研究，并且取得 了 一 定 的 成 果 ，但 目 前 对 复 杂 气 象 条 件 和 地 形条件下的防雷措施还研究 得 不 够。 具 体 说 来，现 阶 段 我 国 已 有的输电线路防雷技术主要包括以下２种：
（５）随着城镇化建设进程的不断加快，２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路的建设变得非 常 困 难，很 多 线 路 都 沿 着 高 山 布 置 ，杆 塔 被 设 置在山 头 或 山 坡 上，这 极 大 地 增 加 了 输 电 线 路 遭 受 雷 击 的 概率。
３ ２２０ｋＶ 架空输电线路的防雷措施
３．１ 提 高 绝 缘 水 平 提高绝缘水平可以说是２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 防 雷 措 施 中
（１）近年来荆门电网 的 同 杆 塔 架 设 线 路 不 断 增 多 ，同 杆 塔 架设线路面临的不仅仅是传统 单 回 线 路 的 雷 击 跳 闸 事 故 ，而 且 在山区更容易发生输电线路反 击 事 故 的 危 害，从 而 增 加 雷 击 跳 闸故障的发生率和危害程度。
（２）近年来由于生态 环 境 不 断 被 破 坏 ，荆 门 地 区 的 雷 电 活 动频发，从而造成２２０ｋＶ 输电线路的雷击跳闸故障不断增多。
收 稿 日 期 ：２０１４－０３－０４ 作 者 简 介 ：徐 凤 玲 （１９８３—），女 ，宁 夏 中 宁 人 ，工 程 师 ，从 事 继
电保护整定计算及运行分析工作。
机 电 信 息 ２０１４ 年 第 １２ 期 总 第 ４０２ 期 ２５
电气工程与自动化 ◆Ｄｉａｎｑｉｇｏｎｇｃｈｅｎｇ ｙｕ Ｚｉｄｏｎｇｈｕａ
性价比最高的方 案 之 一，它 可 以 减 小 保 护 角 、提 高 绕 击 和 反 击 的耐 雷 水 平、降 低 建 弧 率。 以 荆 门 电 网 ２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路 为例，可以在高杆 塔 上 增 加 绝 缘 子 串 的 片 数 ，由 于 目 前 生 态 环 境的不断恶化和雷电活动的日 益 频 繁，因 此 在 选 择 绝 缘 子 类 型 时必须综合考虑，一般直线 铁 塔 绝 缘 子 可 以 采 用 一 串 ＦＸＢＷ４－ ２２０／１００ 型 棒 式 复 合 绝 缘 子，耐 张 铁 塔 绝 缘 子 可 以 采 用 ＦＣ１００Ｐ／１４６钢化玻璃 盘 式 绝 缘 子 。 对 于 ２２０ｋＶ 架 空 输 电 线 路，一般是根据操作过电压或工 频 过 电 压 的 要 求 来 选 择 串 中 的 绝 缘 子 数 量 ，并 对 线 路 的 耐 雷 水 平 进 行 校 核 。
（２）非常规防雷 技 术。 除 了 上 述 常 规 防 雷 技 术 外 ，近 年 来 各种非常规 防 雷 技 术 也 逐 渐 应 用 到 输 电 线 路 的 雷 电 防 护 上。 １）在输电线路中安装 消 雷 器 和 提 前 发 射 接 闪 器 。 通 过 中 和 雷 云电荷，消雷器可以对放电雷 电 流 进 行 抑 制 或 抵 消 。 通 过 提 升 避雷针的接闪能力，提前发射接 闪 器 可 以 扩 大 避 雷 针 的 保 护 范 围。将这两者应用 到 输 电 线 路 上 ，可 以 提 高 其 防 雷 水 平 ，但 由 于对这两种防雷理论的研究还 不 是 十 分 透 彻，因 此 国 际 防 雷 组 织还没有认可这两类防 雷 产 品。２）在 输 电 线 路 安 装 水 柱 引 雷 装置、火箭引雷装置和激光引 雷 装 置 等。 但 目 前 这 些 引 雷 装 置 的 研 究 还 处 于 完 善 阶 段 ，成 熟 产 品 上 市 还 需 要 较 长 的 时 间 。
（２）不是因地质原因 而 造 成 的 杆 塔 接 地 电 阻 较 大 （如 接 地 体 腐 蚀 或 外 露 ），需 要 针 对 具 体 原 因 来 采 取 相 应 的 措 施 。
差动电流 二 次 谐 波 比 ０．５４＞ 闭 锁 门 槛 ０．１６＜ 闭 锁 门 槛 ０．５８＞ 闭 锁 门 槛 ０．２０
保护动作情况
Ｂ相差动保护动作出口
３．２ 装 置 动 作 原 因 分 析 保护装置为二次谐波闭锁原 理，基 本 闭 锁 逻 辑 为 任 一 相 差
流的二次谐波含量大于闭锁 定 值 即 闭 锁 差 动 保 护 。 另 外，早 期 变压器差动保护更多考虑空充于故障变压器时保护的可靠性， 如波形对称涌流闭锁原理只闭 锁 本 相 差 动；而 二 次 谐 波 闭 锁 原 理为防止空充于故障变压器时非故障相的二次谐波误闭锁故 障相，从可靠性及 采 样 精 度 等 方 面 考 虑 ，在 某 相 的 差 动 电 流 小 于 动 作 门 槛 时 ，该 相 将 不 再 参 与 谐 波 闭 锁 的 判 别 。
（１）常规防雷技 术。 主 要 包 括 提 高 输 电 线 路 的 绝 缘 水 平 、 架设避雷线、降低 杆 塔 的 接 地 电 阻 、采 用 输 电 线 路 的 自 动 重 合 闸技术、减小保护角、安装消雷器 和 塔 顶 避 雷 针、中 性 点 不 直 接
接地等。在这些常规防雷技术中，最 为 常 用 且 行 之 有 效 的 是 架 设避雷线，此种方式主要是通过 防 止 雷 电 直 击 导 线 而 发 挥 防 雷 作用的，此外它还 能 够 降 低 线 路 上 的 雷 电 感 应 过 电 压 ，并 且 对 雷电进行分流。
通过以上分析，为 避 免 发 生 类 似 事 件 ，可 采 取 降 低 差 动 保 护二次谐波制 动 系 数 （１５％）和 加 强 断 路 器 开 关 特 性 同 期 试 验 的 措 施 ，使 断 路 器 合 闸 不 同 期 满 足 要 求 （≤５ ｍｓ）。
４ 结 语
断路器三相不 同 期 合 闸，容 易 引 起 主 变 差 动 保 护 误 动 作 ， 所以在差动保护中二次谐波制动系数应结合主变充电时的二 次谐波含量合理取值；同时应考 虑 三 相 不 同 期 时 励 磁 涌 流 的 影 响，目前国内变压器 差 动 保 护 二 次 谐 波 制 动 系 数 普 遍 取 １５％， 部分变压器根据运 行 经 验 可 取 １２％。 双 套 配 置 的 变 压 器 保 护 除了二次谐波制动原理外应配置一套利用波形判别原理识别 涌流的差动保 护。 同 时，断 路 器 合 闸 时 三 相 不 同 期 ，对 变 压 器 也会带来较 大 危 害，为 保 证 变 压 器 安 全 及 减 少 差 动 保 护 的 误 动，须在断路器安 装 投 入 运 行 前 、断 路 器 检 修 后 重 新 投 运 前 认 真调试，使三相合 闸 同 期 性 符 合 产 品 技 术 条 件 的 规 定 ，减 少 因 断路器不同期合闸而对电力设备及电网带来的危害。