论文部分内容阅读
摘要：隨着国民经济的发展与电力需求的不断增长，电力生产的安全问题也越来越突出。对于送电线路来讲，雷击跳闸一直是影响高压送电线路供电可靠性的重要因素。雷害事故几乎占线路全部跳闸事故1/3或更多。因此，寻求更有效的线路防雷保护措施迫在眉睫，本文通过分析高压送电线路防雷现状，分析了雷击送电线路跳闸的原因，在进行线路防雷工作时，提出一些合理的防雷措施，以提高送电线路耐雷水平。
关键词：送电线路；雷击跳闸；防雷措施
架空送电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。由于它暴露在自然之中，故极易受到外界的影响和损害，其中最主要的一个方面是雷击。架空送电线路所经之处大都为旷野或丘陵、高山，送电线路长，遭遇雷击的机率较大。电网中的事故以送电线路的故障占大部分，送电线路的故障又以雷击跳闸占的比重较大，尤其是在山区的送电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据运行记录，架空输送电线路的供电故障一半是雷电引起的，所以防止雷击跳闸可大大降低输电线路的故障，进而降低电网中事故的发生频率。
一 送电线路防雷的必要性
1.送电线路防雷现状 。
目前输电线路本身的防雷措施主要依靠架设在杆塔顶端的架空地线，其运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造。由于其防雷措施的单一性，无法达到防雷要求。而推行的安装耦合地线、增强线路绝缘水平的防雷措施，受到一定的条件限制而无法得到有效实施。因此研究不受条件限制的线路防雷措施就显得十分重要。
2.雷击送电线路跳闸原因 。
高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压送电线路各种防雷措施都有其针对性，因此，我们选择防雷措施首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因。
高压送电线路绕击成因分析。根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。
高压送电线路反击成因分析。雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。
理论分析可以得出，降低杆塔接地电阻、提高耦合系数、减小分流系数、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际实施中，我们着重考虑降低杆塔接地电阻和提高耦合系数的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。
二 送电线路防雷措施分析
架空输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段：输电线路受到雷电过电压的作用：输电线路发生闪络；输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压；线路跳闸，供电中断。针对雷害事故形成的四个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到"四道防线"，即：防直击，就是使输电线路不受直击雷。防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。
1.架设避雷线 。
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；通过对导线的藕合作用可以减小线路绝缘子的电压；对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低（一般不超过线路的总造价的10%）。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。
为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线，应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到200左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。
2.安装线路避雷器 。
运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。
线路避雷器一般有两种：一种是无间隙型；避雷器与导线直接连接，它是电站型避雷器的延续，具有吸收冲击能量可靠，无放电时延、串联间隙在正常运行电压和操作电压下不动作，避雷器本体完全处于不带电状态，排除电气老化问题；串联间隙的下电极与上电极（线路导线）呈垂直布置，放电特性稳定且分散性小等优点；另一种是带串联间隙型，避雷器与导线通过空气间隙来连接，只有在雷电流作用时才承受工频电压的作用，具有可靠性高、运行寿命长等优点。一般常用的是带串联间隙型，由于其间隙的隔离作用，避雷器本体部分基本上不承担系统运行电压，不必考虑长期运行电压下的老化问题，且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。
3.降低杆塔接地电阻 。
杆塔接地电阻增加有以下原因：①接地体的腐蚀，特别是在山区酸性土壤中，或风化后土壤中，最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀，最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处。②在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。③外力破坏，杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。
采取的措施：第一，对线路中测出的接地电阻不合格的杆塔的接地电阻进行重新测试；并测试土壤电阻率。第二，对查出的接地电阻不合格的杆塔接地放射线进行开挖检查，重新对本杆塔的敷设接地线，并进行焊接。第三，对检查中发现已烂断或无接地引下线的杆塔接地装置进行焊接，并对接地电阻重新测试，不符合规定的重新进行敷设。第四，对重新敷设的接地电阻不合格的杆塔，再次使用降阻模块进行改造。
综上所述，为防止和减少雷害故障，设计中我们要全面考虑高压送电线路经过地区雷电活动强弱程度、地形地貌特点和土壤电阻率的高低等情况，还要结合原有高压送电线路运行经验以及系统运行方式等，通过比较选取合理的防雷设计，提高高压送电线路的耐雷水平。雷电活动是一个复杂的自然现象，需要电力系统内各个部门的通力合作，才能尽量减少雷害的发生，将雷害带来的损失降低到最低限度。
关键词：送电线路；雷击跳闸；防雷措施
架空送电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。由于它暴露在自然之中，故极易受到外界的影响和损害，其中最主要的一个方面是雷击。架空送电线路所经之处大都为旷野或丘陵、高山，送电线路长，遭遇雷击的机率较大。电网中的事故以送电线路的故障占大部分，送电线路的故障又以雷击跳闸占的比重较大，尤其是在山区的送电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据运行记录，架空输送电线路的供电故障一半是雷电引起的，所以防止雷击跳闸可大大降低输电线路的故障，进而降低电网中事故的发生频率。
一 送电线路防雷的必要性
1.送电线路防雷现状 。
目前输电线路本身的防雷措施主要依靠架设在杆塔顶端的架空地线，其运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造。由于其防雷措施的单一性，无法达到防雷要求。而推行的安装耦合地线、增强线路绝缘水平的防雷措施，受到一定的条件限制而无法得到有效实施。因此研究不受条件限制的线路防雷措施就显得十分重要。
2.雷击送电线路跳闸原因 。
高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压送电线路各种防雷措施都有其针对性，因此，我们选择防雷措施首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因。
高压送电线路绕击成因分析。根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。
高压送电线路反击成因分析。雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。
理论分析可以得出，降低杆塔接地电阻、提高耦合系数、减小分流系数、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际实施中，我们着重考虑降低杆塔接地电阻和提高耦合系数的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。
二 送电线路防雷措施分析
架空输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段：输电线路受到雷电过电压的作用：输电线路发生闪络；输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压；线路跳闸，供电中断。针对雷害事故形成的四个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到"四道防线"，即：防直击，就是使输电线路不受直击雷。防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。
1.架设避雷线 。
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；通过对导线的藕合作用可以减小线路绝缘子的电压；对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低（一般不超过线路的总造价的10%）。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。
为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线，应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到200左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。
2.安装线路避雷器 。
运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。
线路避雷器一般有两种：一种是无间隙型；避雷器与导线直接连接，它是电站型避雷器的延续，具有吸收冲击能量可靠，无放电时延、串联间隙在正常运行电压和操作电压下不动作，避雷器本体完全处于不带电状态，排除电气老化问题；串联间隙的下电极与上电极（线路导线）呈垂直布置，放电特性稳定且分散性小等优点；另一种是带串联间隙型，避雷器与导线通过空气间隙来连接，只有在雷电流作用时才承受工频电压的作用，具有可靠性高、运行寿命长等优点。一般常用的是带串联间隙型，由于其间隙的隔离作用，避雷器本体部分基本上不承担系统运行电压，不必考虑长期运行电压下的老化问题，且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。
3.降低杆塔接地电阻 。
杆塔接地电阻增加有以下原因：①接地体的腐蚀，特别是在山区酸性土壤中，或风化后土壤中，最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀，最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处。②在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。③外力破坏，杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。
采取的措施：第一，对线路中测出的接地电阻不合格的杆塔的接地电阻进行重新测试；并测试土壤电阻率。第二，对查出的接地电阻不合格的杆塔接地放射线进行开挖检查，重新对本杆塔的敷设接地线，并进行焊接。第三，对检查中发现已烂断或无接地引下线的杆塔接地装置进行焊接，并对接地电阻重新测试，不符合规定的重新进行敷设。第四，对重新敷设的接地电阻不合格的杆塔，再次使用降阻模块进行改造。
综上所述，为防止和减少雷害故障，设计中我们要全面考虑高压送电线路经过地区雷电活动强弱程度、地形地貌特点和土壤电阻率的高低等情况，还要结合原有高压送电线路运行经验以及系统运行方式等，通过比较选取合理的防雷设计，提高高压送电线路的耐雷水平。雷电活动是一个复杂的自然现象，需要电力系统内各个部门的通力合作，才能尽量减少雷害的发生，将雷害带来的损失降低到最低限度。