输电线路的防雷研究论文

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论架空输电线路防雷技术

一、概述

电力线路是电力网的主要组成部分。输电线路是发电厂向电力负荷中心输送电能及负荷中心之间相互联络的线路，输送容量大，送电距离远，线路电压等级高，是电力网的骨干网架。赣西供电公司位于江西电网的中西部，北与连南昌供电公司接壤，南与吉安供电公司毗连，处于连接江西南北电网的重要位置。近年来由于220KV线路故障输电线路在运行过程中承较多，严重危及了电网的安全运行。针对受工作电压、操作过电压或大气过电压时，都可能会发生绝缘闪络事故。近几年来因治理污闪事故的调爬等措施使线路的绝缘水平得到提高，线路在工作电压作用下的可靠性也明显提高。由于输电线路所经地区的地形、地貌、雷电活动情况（包括气候条件）以及线路自身的防雷设计和绝缘水平不同，雷击引起的故障率有很大的差别。我国线路防雷规程中以40日/年的雷暴日作为线路防雷设计和运行考核的标准。雷电活动与地球大气环境密切相关，分散性和随机性很大，只有通过长期观测和分析，才能正确掌握某个区域范围内的雷电活动统计规律。我国电力系统从上

个世纪六十年代开始，专业技术人员采取在线路杆塔下埋设磁钢棒的办法记录线路落雷的情况。当前正在应用“雷电观测与定位系统”。这个系统可以实时地将地闪雷电流的极性、幅值、落雷点的经、纬度以及准确到微秒级的落雷时间等雷电参数探测并实时记录下来。经1

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过分析计算和积累，可以准确地掌握该系统所覆盖范围内的雷电活动规律。

杆塔的接地电阻是影响雷击跳闸率的重要因素，计算表明：杆塔的接地电阻如增加10～20Ω，雷击跳闸率将会增加50%～100%。为此，为提高供电可靠性，投入大量的人力和财力进行杆塔接地电阻的改造，使所有线路杆塔的接地电阻满足防雷设计的要求，保证了雷击跳闸率满足规程的要求。表2 杆塔耐雷水平与接地电阻的关系

输电线路穿越山区时，由于地形引起线路保护角的变化，屏蔽失效的区间增大，雷击跳闸率比平原地区的输电线路高得多。

在杆塔的保护角相同的情况下，高度愈高，雷击跳闸率也愈高。

合理配置线路杆塔的绝缘水平和布置方式，会提高杆塔的耐雷水平，尤其是提高线路遭受绕击时的耐雷水平，从而降低雷击故障跳闸率。

雷直击塔顶或避雷线会造成对线路绝缘的反击，我国防雷与接地规程推荐用下式计算杆塔承受反击的耐雷水平： ??????????62./??1Khght/h62Kht/K/UI?1??Rh?/L.coti%50a式中：U——绝缘子串50%冲击闪络电压，kV；50%K——导线线间耦合系数；

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K——导线与地线间的耦合系数；o K——电晕效应校正系数；1β——杆塔分流系数；

R——杆塔冲击接地电阻，Ω；i L——杆塔电感，μH；t H——地线平均高度，m；g h——导线平均高度，m；c h——杆塔高度，m；t h ——横担对地高度，m。a从表2所列杆塔的耐雷水平看，当接地电阻为7Ω时，220kV交流线路杆塔的耐雷水平为110.2kA，超过这个幅值的雷电流出现概率仅为1%。当接地电阻相同时。因此，只要杆塔的接地电阻降低到上述水平以下，杆塔就有足够的耐受水平防止反击。另一方面，由于地质条件不好，接地虽几经改造仍达不到设计要求或因接地

腐蚀、外力破坏使接地电阻变大，杆塔的耐雷水平会因此而降低到较低水平，防止反击造成绝缘损坏便成为需要研究采取技术措施的问题了。

雷绕过避雷线的屏蔽，击于导线称为“绕击”。由于影响发生绕击的因素比反击要复杂得多，人们对它感兴趣的程度和研究深度也较反击为多。针对这种情况，我们在输电线路防绕击方面做了大量的工作，如采取增强杆塔绝缘提高其绕击耐雷水平；减小边导线保护角，甚至采用负保护角或加装塔顶拉线、在横担处装3

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侧向避雷针、装设耦合地线及旁路架空地线等措施，增强对导线的屏蔽作用，降低绕击概率。在避雷线上加装侧向短针的方法，其机理是适当将可能发生的绕击引向避雷线，如能引发雷击短针，则可将绕击转化为反击。

二、输电线路的几种常见过电压

架空输电线路中常见的过电压有以下两种，第一种是：架空线路上的感应过电压即雷击发生在架线路的附近，通过电磁感应在输电线路上产生的过电压；第二种是直击雷过电压，即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。

1、架空输电线路上的感应过电压

当雷击线路附近的地面时，会在架空线路的三相导线上出现

感应过电压（感应雷）。这种感应过电压的形成过程如下。在雷电放电的先导阶段，在先导通道中充满了电荷，它对导线产生了静电感应，在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。因为先导的发展速度很慢，所以在上一过程中导线的电流不大，可以忽略不计，而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻而保持其零电位（如果不计工频电压的话）。

2．架空输电线路上的直击雷过电压

雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况，a、雷击杆塔顶部；b、雷击避雷线中央部分；c绕过避雷线击于导线。

a、当雷击于导线时，导线的电位可按下式计算：

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iZiZ??u?422iZ是雷击于波阻是雷击点左右两则导线波阻并联的结果，式中的22Z）时的雷电流比雷击零欧时减）近似于等于雷电通道波阻（Z（02线路来说，不难算出在半的缘故。即使以绝缘很强的330~500kV而出现等于及大于这一电流的10~15kA的雷电流下也将发生闪络，，因此，采用避雷线来大大减少雷击于导81~73%）概率是很大的（线的情况是很重要的措施。b、雷击线路杆塔顶部流过杆塔入地。对一i雷击线路杆塔顶部时，有很大的电流gt，R 般高的杆塔，塔身可用等值电感L代替，其冲击接地电阻为

chgt于是塔顶电位为di gt L??URi gtch*gtgt dt而在山区U起很大的作用，对在一般情况下冲击接地电阻R gtch的值将起决定性的作用。U可达上百欧，此时它对或高阻区，R gtch至于杆塔电感只有在特高塔或大跨越时才会起决定作用。、雷直击于档距中央的避雷线。c当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压，可用下式计算：LLdi bb aU??22dt a为半档避雷线的电感，式中L为雷电流陡度。b从世界各国运行的情况看在档中发生相地线间的闪络是很少5

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见的。

三、架空输电线路防雷的基本原则及措施

线路防雷的基本任务是采用技术上与经济上合理的措施，将雷击事故减少到可以接受的程度。以保证供电的可靠性与经济性。为此，一般设有四道防线：

第一道防线是保护导线不受或少受雷直击，为此可采用避雷线、可控放电避雷针、消雷器或改用电缆。

目前采用避雷线仍然是架空线路防雷的首选措施，这已是被长期工程实践所证实了的行之有效的防雷措施，当然在某些线段由于特殊的地理环境造成绕击率偏高，或是由于接地电阻降不下来造成雷击跳闸率偏高，为提高线路的安全运行水平可采用可控放电避雷针（它的原理将在下节中详细说明），