110kV线路雷击故障分析及防范措施研究

洪培源

摘 要：根据已知的电力系统故障情况，输电线路的故障占据其中的主要部分，而雷击跳闸引起的输电线路故障次数占比最高。因此为了提升电网运行的安全性、稳定性，有效降低输电线路的雷击故障，从而从根本上减少输电线路雷击跳闸事故的发生，对防雷新技术进行研究。

关键词：110kV线路雷击故障;防范措施

引言

随着社会的快速发展，工业用电和居民用电随之增加，电网的规模也变得越来越大，输电线路数量稳步增加，同时社会对电网的安全稳定运行提出了更高的要求。输电线路常常遭受雷击故障跳闸，使人民生产生活受到影响，且雷击跳闸故障与其它故障相比，更加难以准确预测，故本文对输电线路防雷开展了一定的研究工作，以期能降低输电线路雷击跳闸率。

1.雷击故障统计分析

电网输电线路杆塔的防雷工作主要是依据本地雷电天气的实际情况开展的。若雷电天气较多，则输电线路杆塔防雷保护设备需更加完善，对电网防雷所需要的投入也就更大。如果雷电天气较少，在电网建设阶段及运行维护阶段，可以适当减少对防雷保护的投入，只需要考虑一些关键的检测工序。雷暴日及雷暴小时是反映雷电活动频繁程度的指标，其中雷暴日反映1年中雷电活动出现的天数，雷暴日并不能反映当天发生了多少次雷电活动及具体持续时间。雷暴小时则是描述雷电天气出现雷电活动频率的参数，若在1小时中出现雷电天气则是个雷暴小时，雷暴小时与该小时内出现的雷电次数及每次持续时间并无直接关系。通常在实际应用过程中这两个参数会与时间跨度相联系，如月雷电日、月雷电时，季度雷电日、季度雷电时，年雷电日、年雷电时等等。雷电活动的统计需要大量的实际数据作为依据，以往长期的年平均雷暴日和年平均雷暴时作为统计数据，这样的计算方法相对比较准确。

雷电的发生通常伴随着其他的天气情况，通常伴随着强降雨、大风天气等，且雷电的发生与地理位置有很大的关系，针对不同地域显示出了完全不同的特性。在我国西北部雷电活动较少，属于少雷区，年均雷电日在16以下，年平均雷电小时在6以下;而长江、黄河经过的区域雷电活动通常较多，年均雷电日在42以上;而华南地区因更加靠近赤道，天气炎热，夏天实际时长明显多于其他地域，因而年均雷电日均在90及以上，属于多雷区，因为该类地区在电网雷电防護方面的投入显然是要远远多于雷电发生频率较小地区的。

2. 110kV线路雷击故障分析及防范措施

2.1降低接地电阻

接地装置是指输电线路杆塔与大地之间的回路。当电力系统发生短路等故障时，杆塔与大地之间的回路可以使故障电流等通过接地装置迅速流入大地，保护系统、设备及人身安全。接地是电力系统中保障安全的一项重要技术措施，在停电检修、设备安装过程中都需要使用接地装置来确保人身和设备安全。输电线路与地之间的良好回路是降低系统雷击跳闸率的保障，同时也是保护输电线路安全稳定运行的最后屏障。线路杆塔的特性之一是其接地电阻，其大小也决定了雷击形成电流流入大地的速度及压降大小，故而设置合适的杆塔材料对防雷非常重要。综上所述，接地装置是电力系统中对雷击防护最基本也是最重要的措施之一。

2.2架设耦合地线

在线路上架设耦合地线的作用是使线路导线与接地网络之间的耦合增强，因为雷击在导线上形成的感应电动势与雷击电压方向相反，故而能够使绝缘子间的压降变小，从而能够使线路遭受雷击发生闪络的概率变低。除此之外，耦合地线还拥有一定的电流分流效果，使杆塔分流系数减小w。

2.3增加避雷线

在输电线路上安装避雷线是比较常规的线路防雷措施，也是防雷比较有效的措施之，能够有效预防雷电击中杆塔导线，降低雷击跳闸的概率，除此之外其还有以下作用：

（1）屏蔽作用，使导线出现过电压的概率降低;

（2）分流作用，使雷击电流快速灌入大地;

（3）耦合作用，降低绝缘子承受的雷击电压。

经分析得到，避雷线保护角的不同对线路防雷效果影响较大，且在避雷器保护角较小时防雷作用更加明显，当其保护角为0°附近值时，线路均不会发生闪络，此时避雷线对线路保护效果最佳，且当发生雷击时，雷击电流从避雷线与地形成回路，将电流快速灌入大地，有效地降低了雷击跳闸故障发生，通常较小的保护角能够由降低导线高度或将导线转移至杆塔附近距离来实现。防雷效果除了与保护角有关，与雷云处在杆塔上方位置也有关，从上述表格看，当雷云位于距离杆塔1/4档距时，避雷线对输电线路的保护效果最好，当雷云位于输电线路杆塔附近时，避雷线对输电线路的保护效果比前述位置稍微差一些，原因是当雷云在杆塔附近时反击雷对输电线路杆塔及导线影响较大，会产生放电现象，但是避雷线保护针对的对象更多的是绕击雷，故而受此影响较小。避雷线在电网应用较为普及，在220KV及其以上电压等级的输电线路中全部都设置了避雷线，而在一些涉铁线路、城市生命线等的110KV线路避雷线也己覆盖，如海拔较高地区或风口处的线路，其避雷线保护角通常设在15°-25°之间，针对不同地区及特点的线路可以根据实际情况来设定更小的保护角。

2.4安装线路型避雷器

在线路上安装避雷器在市广泛应用于电网防雷工作，且多在雷击概率较高及对防雷有更高需求的输电线路上，将避雷器安装在线路上，让它和绝缘子连接，若雷击电压值超过安全值能保护绝缘子不发生闪络现象，因此可以减小线路受雷击跳闸的几率，从而实现线路防雷。避雷器的工作机理是对雷击电流有引导分流作用，使得雷电流首先快速流入到避雷器，然后再迅速从避雷器流入到大地中。根据模拟试验及以往防雷击数据可以得到，氧化锌材料的避雷器具有非常好的陡坡响应，几乎不存在放电延时，伏秒特性平滑，能够很好的与线路绝缘子进行配合。此外，其切断工频电流续流的能力也较强，通常续流能达到uA级别，续流时间越小则对系统产生的影响越小。金属氧化物避雷器因其优良的特性在电网较大范围得到了应用，且效果较好，此种避雷器的技术也愈加成熟，积累的工程经验也越来越丰富，通常采用金属氧化物避雷器的情况有以下几种：

（1）海拔较高的线路及发生闪络概率较高的线路，杆塔档距超过600m的杆塔，接地电阻较大的杆塔，雷云活动较多地区的杆塔;（2）杆塔所在地区地形复杂且气候较为恶劣，因土壤电阻率较高而导致的较大接地电阻以及采用其他防雷设施并不能取得较好效果的情况;（3）避雷线及架设耦合地线不能对线路导线起到较好屏蔽作用的山坡及河流地区杆塔。

结语

伴随着社会的进步与发展，整个社会用电量快速增加，电网的设备量越来越多，故障发生的次数必然增多。同时社会和人民对高质量的电能需求愈为迫切，是对电网安全运行的一大考验。输电线路大多位于野外，容易受天气等多种因素影响而发生跳闸事故，造成正常生产生活损失巨大，而且相对于其他类型的故障，雷击故障更加难以预测及控制，所以我们必须要针对电力系统防雷做更加细致的研究工作。

参考文献

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