范世鋒

（廣西電網(wǎng)公司河池供電局，廣西 河池 547000）

1 引言

工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，輸電線路的故障占電網(wǎng)中總事故的較大比例，而輸電線路的故障又以雷擊跳閘的比重最大，尤其是鋪設(shè)在山區(qū)的線路，故障基本上都是由雷擊引起的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在輸電線路跳閘率較高的地區(qū)中，雷擊引起的事故占到50% ～70%。

輸電線路的防雷保護(hù)問題是一個(gè)綜合的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)問題，首先應(yīng)該根據(jù)線路的雷擊規(guī)律，分析雷電波過程，才能采取合適的防雷措施，防止雷擊事故的發(fā)生［1－5］，研究表明，雷擊具有選擇性，輸電線路存在雷擊易擊點(diǎn)與易擊段［6－9］。

2 均勻無損導(dǎo)線的雷電波過程

輸電線路單元長度的電感與電容值一般為一恒定值，分別為L0與C0，忽略R0與G0，其等值電路如圖1所示，由電磁場(chǎng)理論架空線路與電纜的L0與C0分別為:

式中:hc—導(dǎo)線對(duì)地平均高度；

μ0—真空磁導(dǎo)率；

μr—相對(duì)磁導(dǎo)率；

ε0—真空介電常數(shù)；

εr—相對(duì)介電常數(shù)；

r—導(dǎo)線半徑；

R—電纜接地鉛包的內(nèi)半徑。

圖1 均勻無損單導(dǎo)線的單元等值電路

等值電路的方程組為:

解為:

通過（1）與（2）式可得架空線路與電纜的雷電波速度分別為:

由上式可知:雷電波速與導(dǎo)線的周圍介質(zhì)有關(guān)，與導(dǎo)線的對(duì)地高度、半徑、鉛包半徑無關(guān)，在電纜中的波速只有架空線路上的一半。

如圖2所示，雷電波由一條波阻抗為Z1的無限長線路1在A點(diǎn)流向波阻抗為Z2線路2，線路上有原始波（u'1，i'1）與反射波（u″1，i″1），線路 2 上有折射波（u'2，i'2）。

圖2 不同波阻抗的兩條線路的波過程圖

線路1、2上的總電壓、電流分別為:

根據(jù)邊界條件:

則:

式中:α—折射系數(shù)；

β—反射系數(shù)。

3 多導(dǎo)線系統(tǒng)的雷電波過程

上述分析考慮的是單導(dǎo)線情況，但實(shí)際工程中都是多導(dǎo)線系統(tǒng)，所以有必要對(duì)多導(dǎo)線系統(tǒng)的雷電波過程進(jìn)行研究。

壓波與電流波的關(guān)系為:

圖3 n導(dǎo)線系統(tǒng)及其鏡像

如圖3所示的n導(dǎo)線系統(tǒng)，單位長度的電荷分別為:q1、q2，…，qn對(duì)地電壓分別為:u1，u2，…，un，則:

根據(jù)HBN評(píng)分情況進(jìn)行效果標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)[3]:(1)治愈,面部癥狀全部消失,面神經(jīng)功能完全恢復(fù),面部運(yùn)動(dòng)正常;(2)顯效,面部癥狀基本消失,存在輕微功能減弱,靜止?fàn)顟B(tài)下面部對(duì)稱,張力無異常,眼睛可完全閉合,口有輕微不對(duì)稱;(3)有效,明顯功能減弱,靜止?fàn)顟B(tài)下面部對(duì)稱,張力無異常,抬眉額紋對(duì)稱,用力可閉合眼睛合,口較明顯不對(duì)稱;(4)無效,面部癥狀無顯著改善,口無力,眼不能閉?？傆行橹斡?、顯效及有效之和。

式中:αkk—導(dǎo)線k的自電位系數(shù)；

αkn—導(dǎo)線k、n的互電位系數(shù)。

式（7）可轉(zhuǎn)換為:

則架空線路的自波阻抗與互波阻抗為:

4 輸電線路的防雷保護(hù)

圖4 線路雷害事故的發(fā)展過程及防護(hù)措施

輸電線路的耐雷水平為雷擊線路時(shí)，其絕緣不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值或引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值。

各電壓等級(jí)輸電線路應(yīng)有的耐雷水平如表1所示。

表1 各電壓等級(jí)輸電線路應(yīng)有的耐雷水平

工程上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在電網(wǎng)的總事故中，雷擊輸電線路造成的線路跳閘停電占很大比例，而且雷擊線路產(chǎn)生的雷電過電壓沿線路侵入變電所、發(fā)電廠，是造成其主要電氣設(shè)備絕緣損壞的重要因素。輸電線路常用的防雷保護(hù)措施為:

（1）合理選擇輸電線路路徑

大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在一些地段輸電線路易遭受雷擊，我們將這些線路遭受雷擊比較集中的某些路段稱之為選擇性雷擊區(qū)，或稱為易擊區(qū)。在鋪設(shè)輸電線路時(shí)避開易擊區(qū)，或?qū)σ讚魠^(qū)線段加強(qiáng)保護(hù)，是防止雷害的根本措施。

（2）架設(shè)避雷線

裝設(shè)避雷線是架空輸電線路最基本、最常用的防雷措施，其作用是:可以接閃雷電，防止雷直擊導(dǎo)線；還可以雷擊塔頂時(shí)對(duì)雷電流分流，以減少流入桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；還可以通過對(duì)導(dǎo)線的耦合作用減小線路絕緣子上承受的電壓。

（3）降低桿塔接地電阻

對(duì)于一般輸電桿塔，當(dāng)桿塔型號(hào)、尺寸與絕緣子型號(hào)和數(shù)量確定后，降低桿塔接地電阻可以提高架空送電線路耐雷水平、減少反擊概率。

（4）增設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時(shí)，可采用架設(shè)耦合地線的措施，因?yàn)樗梢约訌?qiáng)避雷線與導(dǎo)線間的耦合，減小絕緣子串兩端電壓的反擊電壓和感應(yīng)電壓的分量，還可以增加雷擊塔頂時(shí)向相鄰桿塔分流的雷電流。

（5）提高絕緣等級(jí)，采用不平衡絕緣方式

在所有防雷措施中，采用不平衡絕緣和加強(qiáng)絕緣是最經(jīng)濟(jì)，也是比較容易實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榭梢蕴岣呓^緣水平，從而提高反擊和繞擊的耐雷水平，還可以降低建弧率還可以減小保護(hù)角。

（6）安裝線路型避雷器

裝設(shè)線路避雷器對(duì)防止易擊段、易擊塔線路絕緣子雷擊閃絡(luò)作用顯著，而且還可以提高線路耐雷水平、降低雷擊跳閘率。

（7）裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置

安裝自動(dòng)重合閘裝置對(duì)于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果，因?yàn)榫€路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。

5 總結(jié)

隨著輸電線路規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，以及氣候變化、雷電活動(dòng)頻繁，目前電網(wǎng)的雷害事故明顯增多，輸電線路和電網(wǎng)雷電防護(hù)是一項(xiàng)長期工作，加強(qiáng)雷電波過程研究及線路防雷分析，開展防雷改造、采取有效的防雷措施顯得尤為重要。

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