李良

（四川省電力設計院 四川成都 610072）

220kV輸電線路防雷性能研究

李良

（四川省電力設計院 四川成都 610072）

我國各個區(qū)域管轄的220kV輸電線路經常發(fā)生跳閘事故，尤其是我們國家進入21世紀以來發(fā)生率逐年提高，這種現象給我國電網行業(yè)的發(fā)展帶來了嚴重的負面作用，給電網的穩(wěn)定運轉引來了一定的安全隱患。在本文中，通過介紹一個關于220kV輸電線路由于遭受雷擊而跳閘的安全事故，對其進行分析總結，對所出現的問題找到解決的方案。此外，還通過研究關于雷擊放電這個話題，分析各個雷擊跳閘事故使用的線路的特點，分析各個關于防雷的安全措施的實際效果。在本文的最后，與線路的實際運轉情況結合起來，提出一個更優(yōu)的綜合防雷措施。一些從事線路管理和線路設計的企業(yè)也可以通過本文獲取一些參考建議。

220kV；輸電線路；防雷性能；改進方案

1 輸電線路防雷性能的概述

1.1 輸電線路雷擊放電的案例分析

國民經濟正在飛速進步，企業(yè)和人民大眾對電力的需求也日益提升。隨著電網的設計規(guī)模的逐漸擴大，才建立起來的高壓輸電線路的公里數也呈指數的趨勢增長。但是，由于高壓輸電的線路非常長。地區(qū)之間的跨度相對較大，地理分布范圍很廣，有著復雜的氣象情況，因此發(fā)生雷擊的比例很高。根據今年的最新數據統(tǒng)計，電網總事故的百分比中。由于雷擊而導致線路發(fā)生跳閘事故的比例占59.3%。

我國一城市在2010年的經濟指數在全國位列前茅，一路高歌猛進，經濟總值一直位于全國32個省會城市的第二位，其生產總值為5945.79億元，增長率一直為兩位數，這種增長速度持續(xù)了將近20年。在2010年12月，電網使用了134條220kV甚至高于220kV的輸電線路，輸電線路的總長度為2648.71km，其中有16條500kV的輸電線路，它的長度約為668.85km；119條220kV的輸電線路，它的長度約為1978.85km。使用220kV的輸電線路成為該地電網行業(yè)的主導網架，它不但可以負責輸送電網電能的傳輸，還可以結合周圍地區(qū)的電網一起構成環(huán)狀的供電系統(tǒng)。所以，220kV的輸電線路能否安全穩(wěn)定的運行關乎著廣大人民群體的利益。

輸電線路的運行環(huán)境日益惡化引起跳閘故障的頻發(fā)，表1是統(tǒng)計的2006～2010年這五年中220kV以及高于220kV的輸電線路的跳閘原因。

表1

通過表1的數據可以得到，在這五年中，該地區(qū)的輸電線路跳閘的最主要原因是雷擊，占總故障比例的90.52%；其次為外力破壞及其它，占總故障比例的9.53%。電壓等級為220kV的線路雷擊故障發(fā)生率遠遠大于電壓等級為500kV，這樣的數據結果，一部分是因為220kV的輸電線路的數量明顯高于500kV；另一部分原因是220kV輸電線路的絕緣配置較低，因此相應的跳閘次數就多很多。電網行業(yè)頻繁發(fā)生220kV輸電線路的跳閘事故，使電網的供電系統(tǒng)的可靠性和電網的安全性降低，影響人民群眾生活用電的正常運行，嚴重狀況下，還會降低我國國民的總體經濟水平。因此，輸電線路的防雷性能已經成為我們不得不重視的問題，只有將輸電線路的防雷性能提高到規(guī)定標準，我們才能保障電網的安全運行

1.2 輸電線路雷擊放電的原理

雷電出現的過程：雷云是一種黑色云朵，通常下雷陣雨的時候會出現，是一類帶有不同電荷的云朵彼此發(fā)生碰撞而產生雷電交加的云朵的統(tǒng)稱。通過測得的數據，我們可以看出，正電荷一般分布在云層的上端，負電荷位于云層的下端，云層的中間通常分布的正電荷與負電荷的混合電荷。雷云的放電階段一般是對大地產生很多次一樣的放電過程，每一個階段的放電均可以分為兩個階段，分別為先導放電和主放電。帶有電荷的雷云基本上有固定的電荷分布區(qū)域，它們含有不同的電荷數。其中先導放電是一種高導電率式放電，它是通過流注放電通道后的熱電離所形成的。先導放電是有間隔的，雷云放電的第一級先導是分層次發(fā)展的，它的發(fā)展速度很快，但是，由于它的發(fā)展長度為50m的時候，就會產生一個間隔，因此它的每一級先導的速度僅為光速的1‰。主放電的時間極其短暫，它的移動速度是光速的5～50%，它的電流數值區(qū)間為200～200kA。當主放電沖向云端的時候，表示整個放電過程即將結束。由于大部分的雷云有多個電荷中心，會發(fā)生多重雷云放電，按照以前的放電通道來發(fā)展，先導放電是連續(xù)發(fā)生的，不分級別。

雷電的形成過程：雷電過程實際上可以看作是一個電流波順著空中通道到達雷擊點，擊中后可以沿著左右兩個不同的方向繼續(xù)向前前進，同時在行進的過程中還有電壓波的陪同，兩者一起構成了電磁波，該電磁波的速度接近光速。這些年，由于科技的進步和高速照相機的出現，長空氣間隙的放電過程也清晰的映入人底，深入了人們對其根源的研究，因此就出現了先導發(fā)展理論。在多次的實驗數據表明，長空氣間隙在沖擊波的影響下，它的放電過程可以概括為主放電、電暈、先導發(fā)展以及流注發(fā)展等幾個步驟。在輸電線路的防雷計算過程中，我們可以首先利用先導發(fā)展法來判斷絕緣體的閃絡判斷依據，進而確認閃絡程序的運行電壓及其運行時間，具體計算數據如圖1所示。

圖1

2 輸電線路防雷性能的效果分析

伴隨著輸電線路雷擊跳閘事故的頻繁發(fā)生，給輸電線路的安全運行帶來了嚴重的影響。由于天氣變化莫測，雷電天氣具有太大的不可控性，因此早些年的人們采用非常消極的態(tài)度去應對輸電線路的抗雷活動，輸電線路的運行故障也是屢創(chuàng)新高。我國國家電網局先后頒布了許多指導性文件來面對雷擊跳閘事故，提供給各個輸電線路相應的工作依據。但是，僅僅靠這些政策解決不了雷擊事故，因為桿塔的影響因素有很多，比如地形、自身結構及其地貌。桿塔不同，相應的防雷措施也不一樣。目前，我們通常采用以下幾種方法來提高輸電線路的抗雷水平，例如：減少桿塔接地電阻的大小、優(yōu)化絕緣基準以及安裝避雷器等措施。

2.1 減少桿塔的接地電阻

通過圖2的曲線我們可以得出，桿塔的反擊跳閘率與塔高呈正比關系。塔高的高度越高輸電線路發(fā)生引雷的概率就越大，從而遭受雷擊的可能性就更大。此外，線路的耐雷水平越高，相應桿塔的高度就越低。如果桿塔的接地電阻變?yōu)?0Ω的時候，線路桿塔的反擊跳閘率會相應地降低到2次/100km·a以下，對于被反擊的桿塔，通過降低桿塔的電阻這個途徑可以顯著地降低雷擊事故的發(fā)生率。

圖2

2.2 安裝輸電線路避雷器

利用避雷器可以顯著地提升輸電線路的抗雷標準，較少輸電線路遭受雷擊跳閘的發(fā)生率。位于不同地段的線路，安裝避雷器的地方也不完全相同。輸電線路的類型為單回路，而且它的位置位于山頂，我們需要將避雷器安裝在輸電線路的邊坡外側段，可以有效地抑制繞擊的發(fā)生。位于山頂的輸電線路，一般需要將避雷器安裝在兩側，而且必須兩側都有。如果輸電線路的類型為雙回路，我們需要在三相都安裝避雷器。

圖3為輸電線路在220kV時同塔雙回線路，不同桿塔接地電阻在不同線路避雷安裝形式下的跳閘率，當接地電阻越大，由于輸電線路安裝了避雷器，抗雷跳閘率就會相應減低。如果先降低桿塔的電阻，再在輸電線路安裝避雷器，最終性能效果也會更優(yōu)。

2.3 提高線路的絕緣水平

在不同的區(qū)域，所使用的設計標準也不同。一般，220kV的輸電線路采用13片絕緣子片，有的地方采用最低的適配標準，有的會采用最高的適配標準。

從圖4中，我們可以看到，輸電線路位于低電阻的時候，采用增加絕緣效果比不上位于高電阻時候的效果。如果接地電阻是30Ω的時候，增加絕緣子片所達到的降低反擊跳閘率的作用效果就非常明顯。在現實生活中，由于桿塔的奇特構造，很難將絕緣子片的長度增加到很長，所以他對抗雷線所產生的優(yōu)化作用就很小。對于電壓為220kV的線路，絕緣子片每增加一塊，抗雷電流只會相應的增加1kA。因此，單單采用增加絕緣強度這個方法想要明顯的達到降低輸電線路防雷性能的途徑是走不通的。

圖3

圖4

3 總結

防雷技術已經升級為一個全球性話題。在16世紀末，分布在歐洲的許多國家就建立了研究雷電的科學實驗室，經過多年國內外的研究，許多科學家已經形成了一個相對完整的體系，這個體系主要講述雷電發(fā)生的起因、發(fā)展進程和結果。在我們國家，通常采用提升輸電線路的抗雷水平、減小線路的接地電阻、提升線路的絕緣度、架設避雷針等一系列措施來降低雷擊事故的發(fā)生率。

由于房地產的火熱進行，城市出現了征地困難，因此，目前很多輸電線路都設立在高原上，該區(qū)域的雷電活動的發(fā)生頻率處于D1級，這種嚴重的雷電情況嚴重的帶來輸電線路安全上的不便，這么多年，雷擊跳閘率始終只增不減。

進行防雷改造的根本途徑是減小線路的接地電阻，施工班組要準確無誤的周期性的去檢測桿塔的接地電阻，及時改造優(yōu)化不符合要求的接地電阻。要對經歷雷擊的桿塔進行特殊的詳細的分析，尤其是處在山上的桿塔，可以實施加裝接地模板以及增加降阻劑的措施來降低接地電阻。其次，我們也可以采用加裝避雷器的措施來增加輸電線路的防雷性能，安裝位置應該結合很多因素一起考慮，而不是所有的避雷器都是一模一樣的，我們需要根據輸電線路的雷擊類別來確定避雷器的安裝方位。

[1]柳俊.重慶雷電基本電氣參數統(tǒng)計分析[D].北京：華北電力大學，2008.

[2]梅 貞，陳永明，顧勤煒，等.1998～2004年全國雷電災害事故統(tǒng)計[J].高電壓技術，2007，33（12）：173～176.

TM862

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1004-7344（2016）17-0062-02

2016-6-1

李 良（1981-），男，工程師，本科，主要從事輸電線路設計工作。