220kV输电线路雷击跳闸故障及对策

安朝军（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）



220kV输电线路雷击跳闸故障及对策

安朝军（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

随着我国经济的快速发展，电力需求越来越大，为此国家大力建设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220kV高压输电线路经常遭受雷击，而电压等级相对较小的低压输电线路不易出现雷击问题。一旦220kV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。本文主要分析了220kV输电线路雷击产生的原因，进而论述了现有的防护方法，最后给出了相应的对策。希望本文能为从事相关工作的人员提供一定的指导和帮助。

高压输电网络；220kV输电线路；低压输电线路

引言

近年来，随着我国电力需求的增加，国家电网不断进行改革，在电网运行环节各种新设备和新技术得到了应用。如避雷线的使用，避雷线是输电线路十分重要的防护措施，它主要有以下四种的作用：①能防止雷电直接击中线路。②对雷击电流产生分流作用，使流入杆塔中的雷电流电流降低，有效降低顶端电位。③会对连接导线产生耦合作用，使杆塔塔头绝缘层上电压降低。④对输电线路有屏蔽作用，使导线上的感应电压下降。从220kV输电线路来说，对其安全运行制定了非常多的规章规范，这些改革发挥了重要作用。特别是在夏季雷电高发时段，新技术与新设备的使用有效的减少了了雷击事故的发生，但是仍然无法从根本上避免雷击事件的发生。表1是某地区甲、乙，220kV受雷击跳闸情况表格。

表1　

1　220kV高压线路雷击跳闸原因

1.1直击雷

对运行的110kV线路危害最严重的就是直击雷。通常情况下，直击雷有两种表现形式即反击和绕击。具体的表现特点是：反击雷的雷电流的幅值很大，大致在90kA左右，多发生在三相线路上，对接地电阻要求高。绕击雷的电流幅值与直击雷相比较小，一般为15kA，上坡顶端位置极容易发生绕雷击故障。杆塔的高度和所在地面的坡度与雷击率紧密相关，随着坡度的不断增加，线路的暴露程度逐渐增大，致使线路缺乏应有的屏蔽，使线路更加容易被击中。从某地区2010年线路遭受雷击跳闸的情况分析，四次跳闸情况均发生在山顶处。通过2010年新建投运的4次雷击跳闸情况，雷击跳闸情况都非常典型，全部在山顶位置。由于输电线路本质上具有良好的导电作用，因此极容易遭受雷击。

1.2架空电线感应起电情况

在雷电形成阶段，在220kV输电线路侧将会因雷云的存在而出现静电现象。因此，在雷云开始放电时，会使架空线路产生数千伏的感应电压，这将严重影响高压电线的运行。

1.3雷害的形成过程

雷击对输电线路形成危害一般包括以下几个步骤：①高压线路遭受雷电击中，瞬间产生较高的电压；②高压输电线路形成闪络；③高压线路产生较稳定的电压；④高压线路断路器发生故障，导致供电终止。

2　220kV线路防雷措施

2.1初步的防护建议

对于一般的杆塔而言，线路承受雷击的水平与下述几种原因相关：①绝缘子有一半的放电电压。②是否有架空地线。③雷击的强度。④杆塔处的接地阻抗。提高220kV输电线路承受雷击的能力可适当减少接地电阻并采用架空地线。现阶段采用避雷线方法已经十分成熟，想要更加完善技术似乎已经变得越来越难，因此必须重视避雷器的选用。线路保护绝缘子串与避雷器的选择相辅相成，二者协同工作能够发挥较理想的防雷效果。有关部门的研究表明为了确保绝缘子串与避雷器防护安全系数在99%的水平，需要将雷电的冲击系数设定为1.5。因此，避雷器型号的选定是需要综合各方面的技术指标，最重要的一点就是协调好所用避雷器与绝缘子之间的搭配。

2.2目前的常用的防雷措施

由于雷击会给220kV输电线路的安全运行带来严重威胁，多年来线路的防雷措施一直在更新变化。现阶段应用比较成熟的有以下几种：①装设避雷线或避雷针等装置。使用这些设备的目的是防范线路遭受雷击，并且在线路遭受雷击时能有效降低雷电产生的雷电流，避雷针的工作原理主要是应用尖端放电，使雷云产生的电荷及时送入地球表面，这样电荷就会减少，从而避免大量电荷积聚而出现严重的雷击事故，从而保护220kV线路设备。与此同时，当雷击发生以后，避雷针还能够成为雷电流的释放通道，从而使雷电流入土层，避免强电流对线路设备产生危害。避雷线的作用主要是防止导线被直接击中，通常将避雷线装设在导线上方，不仅可以起到遮蔽线路的作用，而且可以通过杆塔和接地装置，为雷电流提供通道，避免过高的电流对导线产生危害。②降低杆塔的临界接地电阻。这种方法主要是降低闪络现象的出现概率。③降低绝缘子上的电压大小。这种做法主要是为了防止闪络变化为电弧，使系统的运行产生故障，严重的会引起断路器跳闸。④运用双回路供电方案。这种方法本身并不算是防雷的方法，只是线路安全供电的一种备用方法，其主要作用是当雷电击中其中一条线路而使该线路发生断路，通过另外一条回路保证正常的供电。

2.3220kV高压输电线路的防雷措施

本文分析了雷电发生的四个不同的阶段，为此可以根据这个步骤采取相应的线路防护措施，这将有助于提升输电网的安全运行。当雷电击中线路时，通常会出现较强的雷击电流，因此适当的预留出线路的保护距离显得十分有必要。为了增加导线的绝缘性，可以适当变换绝缘材料，对那些经常受雷击的地区，可选用绝缘性能好的材料制成绝缘子，从而增强线路的耐雷水平，为整个电网的安全运行提供保证。另外，适当降低220kV接地导线电阻可以有效的降低雷击事故的发生。具体的办法就是不断增加线路接地数量并将线路埋深、在线路周围替换那些电阻率较低的土壤，只有认识到雷击发生的整个过程，从各个方面逐步入手，才能从根本上降低不安全因素的发生。

3　线路型避雷器在220kV输电线路防雷中的应用

3.1采用线路型避雷器后雷击杆塔时线路的过电压

避雷器的主要作用就是提高线路的安全运行，当雷击发生后，避雷器可以显著降低闪络与跳闸事故的发生。避雷器的安装是可以提升杆塔的过电压，使该电压值大于绝缘子串处的感应电压。这样就能够将雷电流及时的传送到地面，对220kV的输电线路产生保护作用。根据多年的实践经验表明这种方法能够达到较为理想的保护效果，另外，在实际应用中还可以组合将多种避雷装置共同使用，这样的避雷效果会更好。

3.2杆塔冲击接地电阻对耐雷水平的影响

经过实验可以得出，当输电线路中没有安装避雷器时，若杆塔接地电阻较大，杆塔承受雷击的水平十分低；当接地电阻比较小时，线路承受雷击的水平比较高。

3.3不同线路安装线路型避雷器后耐雷水平的变化

线路一旦遭受雷击后，雷击电流就会沿着输电线路一直传播。雷电流从一个杆塔传送到另外一个输电塔时需要经过一段时间，为此可以得出相邻两个杆塔的距离与安装避雷器后线路的防雷水平密切相关。通过实验可以得到，输电线路的承受雷击的程度会随着相邻杆塔距离的增加而先降低后提升。出现这种问题的原因是当相邻杆塔距离较近时，安装避雷器的线路残压略低于绝缘子串处电压，此时线路的承受雷击水平比较高。当杆塔之间的距离达到某一值后，雷电流会出现分流，使绝缘子串上的电压升高，这时220kV输电线路的承受雷击水平偏低。

4　结束语

220kV输电线路对整个电网供电具有十分重要的地位，为此当线路遭受雷击后，在雷电流与工频电流双重作用下会给配套的防护与运行设备产生危害。为此，需要根据线路实际所处的环境，制定出合理的防雷措施。总之，要全面避免雷击导致线路发生跳闸的故障就必须对整条线路的工作状况进行合理的评判，即不同的输电线路采取不同的防雷措施，降低线路接地电阻并做好日常的巡视和防护工作，在巡视过程中一旦发现有不稳定或不安全因素应该及时向有关部门进行反映，使问题得到很好的解决。本文提出了一些220kV输电线路实际的防雷方法，这些方法对输电网的安全运行工作产生了一定的积极意义。

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安朝军（1983-），男，土家族，工程师，大学本科，主要从事高压输电线路设计工作。

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2095-2066（2016）16-0066-02

2016-5-18