220kV输电线路防雷性能研究

李良

（四川省电力设计院 四川成都 610072）

220kV输电线路防雷性能研究

李良

（四川省电力设计院 四川成都 610072）

我国各个区域管辖的220kV输电线路经常发生跳闸事故，尤其是我们国家进入21世纪以来发生率逐年提高，这种现象给我国电网行业的发展带来了严重的负面作用，给电网的稳定运转引来了一定的安全隐患。在本文中，通过介绍一个关于220kV输电线路由于遭受雷击而跳闸的安全事故，对其进行分析总结，对所出现的问题找到解决的方案。此外，还通过研究关于雷击放电这个话题，分析各个雷击跳闸事故使用的线路的特点，分析各个关于防雷的安全措施的实际效果。在本文的最后，与线路的实际运转情况结合起来，提出一个更优的综合防雷措施。一些从事线路管理和线路设计的企业也可以通过本文获取一些参考建议。

220kV；输电线路；防雷性能；改进方案

1 输电线路防雷性能的概述

1.1 输电线路雷击放电的案例分析

国民经济正在飞速进步，企业和人民大众对电力的需求也日益提升。随着电网的设计规模的逐渐扩大，才建立起来的高压输电线路的公里数也呈指数的趋势增长。但是，由于高压输电的线路非常长。地区之间的跨度相对较大，地理分布范围很广，有着复杂的气象情况，因此发生雷击的比例很高。根据今年的最新数据统计，电网总事故的百分比中。由于雷击而导致线路发生跳闸事故的比例占59.3%。

我国一城市在2010年的经济指数在全国位列前茅，一路高歌猛进，经济总值一直位于全国32个省会城市的第二位，其生产总值为5945.79亿元，增长率一直为两位数，这种增长速度持续了将近20年。在2010年12月，电网使用了134条220kV甚至高于220kV的输电线路，输电线路的总长度为2648.71km，其中有16条500kV的输电线路，它的长度约为668.85km；119条220kV的输电线路，它的长度约为1978.85km。使用220kV的输电线路成为该地电网行业的主导网架，它不但可以负责输送电网电能的传输，还可以结合周围地区的电网一起构成环状的供电系统。所以，220kV的输电线路能否安全稳定的运行关乎着广大人民群体的利益。

输电线路的运行环境日益恶化引起跳闸故障的频发，表1是统计的2006～2010年这五年中220kV以及高于220kV的输电线路的跳闸原因。

表1

通过表1的数据可以得到，在这五年中，该地区的输电线路跳闸的最主要原因是雷击，占总故障比例的90.52%；其次为外力破坏及其它，占总故障比例的9.53%。电压等级为220kV的线路雷击故障发生率远远大于电压等级为500kV，这样的数据结果，一部分是因为220kV的输电线路的数量明显高于500kV；另一部分原因是220kV输电线路的绝缘配置较低，因此相应的跳闸次数就多很多。电网行业频繁发生220kV输电线路的跳闸事故，使电网的供电系统的可靠性和电网的安全性降低，影响人民群众生活用电的正常运行，严重状况下，还会降低我国国民的总体经济水平。因此，输电线路的防雷性能已经成为我们不得不重视的问题，只有将输电线路的防雷性能提高到规定标准，我们才能保障电网的安全运行

1.2 输电线路雷击放电的原理

雷电出现的过程：雷云是一种黑色云朵，通常下雷阵雨的时候会出现，是一类带有不同电荷的云朵彼此发生碰撞而产生雷电交加的云朵的统称。通过测得的数据，我们可以看出，正电荷一般分布在云层的上端，负电荷位于云层的下端，云层的中间通常分布的正电荷与负电荷的混合电荷。雷云的放电阶段一般是对大地产生很多次一样的放电过程，每一个阶段的放电均可以分为两个阶段，分别为先导放电和主放电。带有电荷的雷云基本上有固定的电荷分布区域，它们含有不同的电荷数。其中先导放电是一种高导电率式放电，它是通过流注放电通道后的热电离所形成的。先导放电是有间隔的，雷云放电的第一级先导是分层次发展的，它的发展速度很快，但是，由于它的发展长度为50m的时候，就会产生一个间隔，因此它的每一级先导的速度仅为光速的1‰。主放电的时间极其短暂，它的移动速度是光速的5～50%，它的电流数值区间为200～200kA。当主放电冲向云端的时候，表示整个放电过程即将结束。由于大部分的雷云有多个电荷中心，会发生多重雷云放电，按照以前的放电通道来发展，先导放电是连续发生的，不分级别。

雷电的形成过程：雷电过程实际上可以看作是一个电流波顺着空中通道到达雷击点，击中后可以沿着左右两个不同的方向继续向前前进，同时在行进的过程中还有电压波的陪同，两者一起构成了电磁波，该电磁波的速度接近光速。这些年，由于科技的进步和高速照相机的出现，长空气间隙的放电过程也清晰的映入人底，深入了人们对其根源的研究，因此就出现了先导发展理论。在多次的实验数据表明，长空气间隙在冲击波的影响下，它的放电过程可以概括为主放电、电晕、先导发展以及流注发展等几个步骤。在输电线路的防雷计算过程中，我们可以首先利用先导发展法来判断绝缘体的闪络判断依据，进而确认闪络程序的运行电压及其运行时间，具体计算数据如图1所示。

图1

2 输电线路防雷性能的效果分析

伴随着输电线路雷击跳闸事故的频繁发生，给输电线路的安全运行带来了严重的影响。由于天气变化莫测，雷电天气具有太大的不可控性，因此早些年的人们采用非常消极的态度去应对输电线路的抗雷活动，输电线路的运行故障也是屡创新高。我国国家电网局先后颁布了许多指导性文件来面对雷击跳闸事故，提供给各个输电线路相应的工作依据。但是，仅仅靠这些政策解决不了雷击事故，因为杆塔的影响因素有很多，比如地形、自身结构及其地貌。杆塔不同，相应的防雷措施也不一样。目前，我们通常采用以下几种方法来提高输电线路的抗雷水平，例如：减少杆塔接地电阻的大小、优化绝缘基准以及安装避雷器等措施。

2.1 减少杆塔的接地电阻

通过图2的曲线我们可以得出，杆塔的反击跳闸率与塔高呈正比关系。塔高的高度越高输电线路发生引雷的概率就越大，从而遭受雷击的可能性就更大。此外，线路的耐雷水平越高，相应杆塔的高度就越低。如果杆塔的接地电阻变为10Ω的时候，线路杆塔的反击跳闸率会相应地降低到2次/100km·a以下，对于被反击的杆塔，通过降低杆塔的电阻这个途径可以显著地降低雷击事故的发生率。

图2

2.2 安装输电线路避雷器

利用避雷器可以显著地提升输电线路的抗雷标准，较少输电线路遭受雷击跳闸的发生率。位于不同地段的线路，安装避雷器的地方也不完全相同。输电线路的类型为单回路，而且它的位置位于山顶，我们需要将避雷器安装在输电线路的边坡外侧段，可以有效地抑制绕击的发生。位于山顶的输电线路，一般需要将避雷器安装在两侧，而且必须两侧都有。如果输电线路的类型为双回路，我们需要在三相都安装避雷器。

图3为输电线路在220kV时同塔双回线路，不同杆塔接地电阻在不同线路避雷安装形式下的跳闸率，当接地电阻越大，由于输电线路安装了避雷器，抗雷跳闸率就会相应减低。如果先降低杆塔的电阻，再在输电线路安装避雷器，最终性能效果也会更优。

2.3 提高线路的绝缘水平

在不同的区域，所使用的设计标准也不同。一般，220kV的输电线路采用13片绝缘子片，有的地方采用最低的适配标准，有的会采用最高的适配标准。

从图4中，我们可以看到，输电线路位于低电阻的时候，采用增加绝缘效果比不上位于高电阻时候的效果。如果接地电阻是30Ω的时候，增加绝缘子片所达到的降低反击跳闸率的作用效果就非常明显。在现实生活中，由于杆塔的奇特构造，很难将绝缘子片的长度增加到很长，所以他对抗雷线所产生的优化作用就很小。对于电压为220kV的线路，绝缘子片每增加一块，抗雷电流只会相应的增加1kA。因此，单单采用增加绝缘强度这个方法想要明显的达到降低输电线路防雷性能的途径是走不通的。

图3

图4

3 总结

防雷技术已经升级为一个全球性话题。在16世纪末，分布在欧洲的许多国家就建立了研究雷电的科学实验室，经过多年国内外的研究，许多科学家已经形成了一个相对完整的体系，这个体系主要讲述雷电发生的起因、发展进程和结果。在我们国家，通常采用提升输电线路的抗雷水平、减小线路的接地电阻、提升线路的绝缘度、架设避雷针等一系列措施来降低雷击事故的发生率。

由于房地产的火热进行，城市出现了征地困难，因此，目前很多输电线路都设立在高原上，该区域的雷电活动的发生频率处于D1级，这种严重的雷电情况严重的带来输电线路安全上的不便，这么多年，雷击跳闸率始终只增不减。

进行防雷改造的根本途径是减小线路的接地电阻，施工班组要准确无误的周期性的去检测杆塔的接地电阻，及时改造优化不符合要求的接地电阻。要对经历雷击的杆塔进行特殊的详细的分析，尤其是处在山上的杆塔，可以实施加装接地模板以及增加降阻剂的措施来降低接地电阻。其次，我们也可以采用加装避雷器的措施来增加输电线路的防雷性能，安装位置应该结合很多因素一起考虑，而不是所有的避雷器都是一模一样的，我们需要根据输电线路的雷击类别来确定避雷器的安装方位。

[1]柳俊.重庆雷电基本电气参数统计分析[D].北京：华北电力大学，2008.

[2]梅 贞，陈永明，顾勤炜，等.1998～2004年全国雷电灾害事故统计[J].高电压技术，2007，33（12）：173～176.

TM862

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1004-7344（2016）17-0062-02

2016-6-1

李 良（1981-），男，工程师，本科，主要从事输电线路设计工作。