导体消雷器在输电线路边坡防雷上的应用

董泽才

铜陵供电公司，安徽铜陵，244000

1 概 述

当前输电线路防雷设计的主要依据为《110～500 kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)第9条，主要考虑杆塔保护角、绝缘配合、接地电阻等因素[1]。在输电线路实际运行中发现，许多杆塔工频接地电阻值和保护角都符合设计规程要求，而实际线路雷击跳闸率远远高于理论的计算值。仅采取这种简单的防雷设计方法是不够的，应尽快建立起一套行之有效的雷击跳闸原因的分析方法，从而使设计和运行人员更有针对性地采取有效合理的防雷方式，降低线路雷击跳闸率。通过输电线路防雷的一般分析和计算方法，结合110 kV古东462线路雷击跳闸案例，借鉴该段安装前后雷击定位系统落雷数据分析导体消雷器的应用效果，从而提出导体消雷器可做为边坡防雷的有效措施。

2 输电线路雷击故障原因的分析方法及对策

2.1 输电线路反击分析方法

雷击线路但尚不致引起绝缘闪络的最大雷电流峰值(kA)称为线路的耐雷水平，线路耐雷水平越高，线路绝缘发生闪络的机会愈小。线路防雷可以采取的第一类措施，就是要保证线路具有较高的耐雷水平，以减少绝缘闪络的机会。对于输电线路反击的分析，一般采用的方法是计算线路的耐雷水平是否符合规程的要求，《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)规程第6.1.3条规定了各电压等级有避雷线线路的最低耐雷水平值[2]。

雷击杆塔顶部时的耐雷水平I1可由下式计算：

从上式中可知：雷击杆塔时的耐雷水平不单单与杆塔冲击电阻Rch有关，与导地线几何耦合系数K0,导地线的平均高度hd，hb也有很大的关系。而K0、hb、hd值很大程度上由导地线弧垂决定，尤其是大档距线段。所以，导地线弧垂也是影响反击耐雷水平的一个重要因素。在防雷设计中，不能忽略弧垂对耐雷水平的影响，对于大档距线段，仅仅只考虑杆塔接地电阻值符合设计规程的要求是不够的，还应该对线路耐雷水平进行检验，判断耐雷水平是否也达到规程所规定的值。否则，就可能使投运的线路在防雷水平上存在着先天的不足。

2.2 输电线路绕击分析方法

如果取110 kV、220 kV、500 kV线路取U50%冲击放电电压分别为700 kV、1200 kV、2 138 kV，那么，其绕击的耐雷水平分别为7、12、21 kA左右，其值较雷击杆塔塔顶耐雷水平小得多，也就是一般的雷电绕击于导线，都能使线路引起跳闸，但由于避雷线给导线以屏蔽的作用，使导线受绕击的概率即绕击率大大减少。绕击率与避雷线对外侧导线的保护角、杆塔高度与经过地区的地貌和地质有关，山区绕击率是平原的3.5倍。

3 输电线路(110 kV古东462线)雷击跳闸实例分析

3.1 110 kV古东462线概况及雷击跳闸情况

110 kV古东462线路全长11.26 km，共计40基(铁塔37基，砼杆3基),沿线地形：山地占30%，丘陵占60%，水田占10%。导线安全系数K=2.6，地线安全系数K=3.33，气象条件：最大风速30 m/s，最高气温40℃，最低气温-15℃，最大覆冰10 mm，年平均雷暴日为40天。该线路由铜陵供电公司设计室设计，淮南供电公司力达送变电公司承建，于2000年4月投运。

从故障情况看，发生跳闸次数最多的是6#、7#塔，各为2次，基本上每年都发生跳闸，9#位置在山顶上，而6#、7#的位置反而不在山顶上(图1)。6#塔面“—”侧导线下方为一山洼，7#塔面“+”右侧也有一山洼，由此看出，该处所遭雷击可能为绕击。

3.2 6#塔耐雷水平计算和雷击跳闸分析

6#塔为JG1耐张塔，绝缘子型号为LXY1-70,片数为8片，绝缘子串长度1.16 m。绝缘子串U50%取800 kV，GJ-50避雷线半径r1=0.45 mm，6#塔位土壤电阻率实测为1 000 Ω·m，接地型式为T10，设计值为20Ω。地形较陡，坡度约为45°向下斜坡，面“—”侧导线下方为一山洼。通过对6#塔的防雷计算，可得知：

(1)6#耐雷水平符合“110 kV线路变电所进出线段耐雷水平不小于75 kA”(DL/T620-1997第6.1.3条)[3]，接地电阻值也符合规程要求。

(2)6#塔保护角为12.3°，小于规程规定的25°。

(3)古东462线自2000年4月投运以来，实际雷击跳闸率约为8.88次/100 km·年，明显高于计算值3.08/100 km·年。

4 防范措施及效果分析

4.1 防范措施

通过计算分析，边坡线路的耐雷水平和保护角虽都符合规程规定，但仍不能防止绕击，铜陵供电公司采取了以下几项措施。

(1)提高线路绝缘水平，可提高线路绕击耐雷水平，即增大爬距，将直线塔绝缘子由7片成串改为9片成串。

(2)在6号至10号塔顶分别安装了5组导体消雷器。

(3)将6号至10号塔的接地装置进行改造，电阻均小于10 Ω。

4.2 效果分析

导体消雷器的防雷特性：本次安装的消雷器是XL-G1型导体消雷器，其导体材料做的针体能全面抑制上行雷的产生和发展。较强的限流能力，可以延缓雷击放电时间、大幅度消减雷电的幅值和陡度，使雷击的二次效应大大减弱。合理的结构，能在雷电流过大时，实现多支针体自动并联，增加耐雷水平。气象条件适宜(如无横向来风)时，在雷云下地面电场的作用下，能产生毫安级至安培级的中和电流，即可大幅度降低雷击发生的概率。

5 导体消雷器工作原理与应用经验

5.1 导体消雷器工作原理

主要是利用雷云与地面之间的电场能量、本身的特殊构造形式及安装杆塔的高度，使消雷针产生一定数量的荷电粒子，对雷云下方电场发生作用，由于电晕的效应，使消雷器周围电场均匀，从而减少输电线路的落雷概率，削弱雷电强度，使雷击跳闸率和雷击事故率下降。

5.2 应用经验

铜陵供电公司自1996年以来累计在12条线路134基杆塔安装导体消雷器共计134套，从运行结果看，效果非常显著。

导体消雷器在应用过程中，应注意以下几点：

(1)安装段选择应考虑三方面因素：一是该段落雷情况,可通过雷电定位系统查询历年落雷数据统计分析；二是地形地貌，一般选择连续爬坡、高山或河流边等地段；三是运行经验，发生雷击跳闸后，雷击塔两端2～3基塔均需安装。

(2)确定安装段后，需进行选型，主要考虑两方面因素：一是电压等级，一般220 kV线路选择XL-G1型(18针)，110 kV及以下线路选择XL-G2型(14针)；二是塔型，双架空地线塔型选择2底座型(1/4球型)，单架空地线塔型选择单底座型(半球型)。

(3)安装段杆塔接地电阻要符合要求，即接地电阻要求在10 Ω以内，在高土壤电阻率和无人区可适当放宽，但不得超过30 Ω。

(4)选择好导体消雷器型号、规格后，需根据不同塔型的结构，设计安装制作不同的底座板，设计的底座板尽量借助原塔的螺栓孔，不能破坏原塔受力构件，尽量少钻孔。

(5)安装时，考虑到消雷器尺寸较大，需停电安装，起吊时保持消雷器平衡，控制好尾绳，确保消雷针不碰塔引起变形。

(6)运行1年后，检查消雷器底座螺栓松动情况，检查消雷针是否缺损。

(7)规范记录，及时录入台帐，根据该段落雷情况和线路运行情况评估安装效果。

参考文献：

[1]110-500 kV架空送电线路设计技术规程(DL/T 5092-1999)[S].1999

[2]交流电气装置的过电压保护和绝缘配合(DL/T 620-1997)[S]．北京：中国电力出版社，1997

[3]交流电气装置的接地(DL/T 621-1997)[S]. 北京：中国电力出版社，1997