论输电线路常见雷击故障机理及原因分析

论输电线路常见雷击故障机理及原因分析

发表时间：2019-06-06T08:54:23.653Z 来源：《电力设备》2019年第2期作者：郭俊

[导读] 摘要：输电线路作为电网的重要组成部分，承担着电力能量传输的重要作用。

（四川雅安电力集团（股份）有限责任公司四川雅安 625000）

摘要：输电线路作为电网的重要组成部分，承担着电力能量传输的重要作用。输电线路的正常运行易受气象、自然环境、地形条件等因素的制约，雷电作为一种常见因素长期影响着输电线路的正常运行。近年来，随着电网建设的快速发展和强对流天气的增多，雷害故障呈现出一些新的特点，输电线路防雷工作面临新的课题。本文对输电线路雷击故障机理研究做初步的探讨。

关键词：雷电；输电线路；故障机理

一、引言：

雷电是自然界频繁发生的一种高强度的电磁脉冲现象，因其影响面大，受到了气象、航天、航空、电力石油诸多部门的广泛关注，其中，电网因其具有广域分布特征，特别是输电线路暴露在自然之中，所经之处大多为旷野、丘陵或高山，更易受到雷电的冲击。据统计，我国高压输电线路由于雷击引起的跳闸次数占总跳闸次数的40％-70％，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击故障率更高。雷电已经成为严重影响电网安全运行的重要因素。

近年来，随着电网的快速发展和强对流天气的增多，输电线路故障故障次数明显增多，并且呈现出一些新的特点，输电线路防雷工作面临新的课题。因此，需要根据输电线路雷击故障机理原因进行认真分析，从而有针对性地开展架空输电线路防雷工作。

二、输电线路常见雷击故障机理及原因分析

架空输电线路作为电力系统的重要组成部分，所经路径地处旷野易受雷害事故。常见的雷电以三种形式出现，即雷电直击、雷电反击及雷电绕击。国内外经验表明，直击雷是造成高压输电线路跳闸的主要原因，输电线路雷击故障通常为雷电反击故障和雷电绕击故障，反击与绕击故障的机理及过程不同，防护措施也不同。

1．雷电反击故障机理分析

雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高，当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝缘冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压，称为反击。

雷电反击输电线路引起的过电压故障，在输电线路运行环境方面与该地区气象条件（雷电强度、密度）有主要关系；在输电线路自身方面常与其绝缘强度、杆塔接地电阻值有关，一般发生在绝缘弱项。

在杆塔形式、绝缘配置确定的情况下，接地电阻是影响线路反击耐雷水平的主要因数。在220kV线路中使用较多的Z1型铁塔计算在不同的接地电阻情况下各自的耐雷水平，见表1。表中数据显示，随着接地电阻的增加，线路的耐雷水平明显降低，而伴随着线路耐雷水平的降低，出现超过耐雷水平的雷电流概率增加，线路所受威胁就越大。

表1：Z1型铁塔边相反击耐雷水平与接地电阻的关系

注：P1为雷电流超过耐雷水平的概率

2．雷电绕击故障机理分析

当雷电绕过避雷线直接击中导线，使之形成雷电过电压，该过程称为绕击，当绝缘子两端压差超过其电压时，也将发生闪络，这种情况通常称为雷电绕击。雷电绕击通常会引起绝缘子闪络击穿、绝缘子掉串、导线烧伤、断线等线路故障。雷电绕击输电线路引起的过电压故障，在输电线路运行环境方面与该地区气象条件（雷电强度、密度）、地形地质（山体坡度）有主要关系；输电线路在山区能够影响线路绕击率的地形有沿坡、山顶、和跨沟三类。沿坡地形线路的下坡侧，山顶地形线路的两侧，其坡度构成电气几何模型中的地面倾角，显然，有地面倾角的一侧，地面对导线的屏蔽作用减弱，更容易发生绕击；在跨沟地形中，档距中间导地线，离地面距离过大，地面的屏蔽作用减弱，绕击率上升。

沿坡山顶跨沟

图1：雷电易绕击输电线路所在地形示意图

雷电绕击输电线路引起的过电压故障，在输电线路自身方面常与其导地线平均高度、杆塔高度、保护角相关。绕击故障主要发生在两边相（单回线路）。特别是保护角和杆塔高度是影响绕击的重要参数。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》L/T 620-1997规程的经验公式计算出不同杆塔高度的绕击率随保护角而变化的曲线见表2，从表中可以看到，在负保护角时，线路绕击率接近零，而随着保护角的变大，绕击率显著增大。表中还显示，杆塔高度越高，线路绕击率也越高。

表2：绕击率与线路保护角、杆塔高度之间关系

3．雷电反击与绕击故障特征比较分析

通过输电线路受雷电反击与雷电绕击故障机理的分析，两者相比较雷电反击与绕击的不同特征见下表：

表3：雷电反击与雷电绕击特征比较