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输电线路雷击跳闸原因

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：王鹏

[导读] 摘要：目前，我国输电线路运行雷击故障现象较多，输电线路受到雷击下产生瞬间强电流，威胁输电线路安全。

        （国网河北省电力有限公司检修分公司河北石家庄 050000）
        摘要：目前，我国输电线路运行雷击故障现象较多，输电线路受到雷击下产生瞬间强电流，威胁输电线路安全。文章通过对雷电放电故障类型进行分析，并结合输电线路雷击跳闸产生的原因探讨防范措施。
        关键词：输电线路；雷击跳闸；雷击防范；线路故障
        引言
        高压输电线路是电力系统的重要组成部分，由于其所经之处的环境恶劣，大多为旷野、丘陵、水域或高山等，线路长期暴露在自然界中，故极易受到外界的影响或破坏。目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要因素，雷电击中输电线路是小概率事件，雷击瞬时产生的高压与强电流影响、破坏甚至摧毁输电线路及相关电力设施，严重时会造成大范围停电，因此防雷保护成为输电线路设计中需要重点关注的问题。
        1雷电放电故障类型
        雷电放电所产生的雷电流流过输电线路将引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应，从而对输电线路安全稳定的运行产生巨大的威胁，所以在设备投入运行之前要进行运行截面的选择、设备的稳定性、开断能力、关合能力等一系列校验。从气体放电的特性来看，雷电属于一种超长空气间隙的火花放电过程。在设备实际运行时，雷电流具有极性效应，设备可当作棒极，雷云相当于板极。根据雷电放电的三个阶段，可将雷电流绘制成标准雷电流波形进行分析。雷击将在系统中产生雷电过电压和雷电过电流。雷电过电压将危及设备绝缘甚至造成停电；雷电过电流将损坏被级物体。雷击故障的主要类型分为以下三种。第一，直击雷过电压，被击中物体将产生高于正常电压的过电压。输电线路大多工作于户外，考虑实际情况的需要，如果输电线路架设较低，由于树木、道路、鸟兽和一系列人为因素，会造成线路损坏、短路等故障。所以一般高压输电线路架设的很高。但是线路高度的越高，受地理环境的影响，独立架设在空旷的山区中，遭受雷击的几率也大幅提升。当雷电击中杆塔导致绝缘子对地电位超过对导线端电位，从而形成反击。第二，感应雷过电压，输电线路附件会有其他物体，当雷电击中这些物体时，由于电磁感应现象，在设备或输电线路上会形成过电压，从而击穿绝缘子，造成短路故障引起跳闸。第三，高压雷电入侵波。雷电击中输电线路，雷电中的能量在输电线路中以波的形式传播，最终进入发电厂变电站，对电力系统中的设备形成过电压，危及绝缘。
        2架空输电线路产生雷击跳闸事故的成因分析
        根据我国相关规定和要求，架空输电线路的绝缘水平往往是比较低的，仅仅是需要满足一些比较常规的安全输电就行，而对于雷电流这种比较大的电流过电压则几乎没有什么抵御的能力。一般情况下，5～7kA范围大小的雷电流就有可能引起输电线路的跳闸故障，而对于雷电流来说，其幅值大概率下是分布在40kA以下范围，因而该现状成为直接引起输电线路配网雷击跳闸率高的主要原因。对于高压线路而言，其容易遭受雷击事故的主要因素有以下四种：第一种是线路绝缘子的50%放电电压；第二种是有无架空接地线；第三种是雷电流强度；第四种是杆塔的接地电阻。一般高压线路的防雷操作都具有比较明显的针对性，因此，在设计高压线路的时候，应该避免高压线路出现跳闸问题。在实际工作的过程中，应该综合高压线路的运行经验、输电线路所处区域的实际情况以及施工现场的实际测试结果等多方面因素进行考虑，做到具体情况具体分析，有效保障架空输电线路的运行安全性和稳定性。架空输电线路出现雷击跳闸故障的主要原因包括以下三方面：第一点是成本以及施工量的影响，没有进行相应的防雷击输电线措施；第二点是国标和行标的限制，配网架空输电线路所具有的绝缘水平比较低；第三点是配网架空输电线路全线接地电阻的大小。
        3输电线路雷击防范措施
        3.1做好防雷设计
        首先要架设避雷线，这是输电线路防雷击设计中最基础的一项措施，也是最有效的一项措施。

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它既能够有效防止雷电直击导线，还能够确保导线的屏蔽和耦合作用，同时也能够减小经过杆塔的电流。其，次要安装输电线路自动重合闸装置，这也是一种有效的架空输电线路防雷措施。线路自动重合闸能够有效地减少雷击故障的发生，减少跳闸时间，提高输电线路运行的可靠性。安装输电线路自动重合闸装置，能够在输电线路受到雷电影响跳闸时自动重合成功，并能够迅速恢复线路的绝缘属性。再次还要采用差绝缘或是不平衡绝缘的方式加强线路的绝缘设计。为了提高输电线路的防雷水平，可以适当加强线路的绝缘配合，改善线路绝缘子的性能。通过近几年输电线路建设的实践经验，在高的杆塔上增加绝缘子数量，能够提高绝缘子串的冲击闪络电压值，有效提高线路的抗雷能力，降低因雷击发生的跳闸故障。除此之外，安装线路型避雷器、增设塔顶的防雷拉线或是增加耦合地线等措施，也有助于增强架空输电线路的防雷设计。安装线路型避雷器不管是对雷击导线、杆塔顶，或是避雷线的防雷都是很有效的。而对于经常受到雷击的部分，可以在导线下加装一条耦合地线，帮助避雷线的耦合与分流，从而间接地降低接地电阻。同时，在雷击发生的重点区域，也可以通过架设塔顶的防雷拉线起到一定的屏蔽和分流作用。
        3.2降低杆塔接地电阻
        降低杆塔接地电阻对于防范雷击有着重要的意义。雷电电击绝缘电阻较大的架空输电线路时，架空输电线路的杆塔顶部会形成较高的电位，绝缘子将会承受更大的电压，更容易被击穿，若架空输电线路上的绝缘子被击穿，则会破坏电力系统的平稳运行状态；与此同时，在线路杆塔的绝缘电阻小的情况下，雷击杆塔时，杆塔顶部电位更小，绝缘子将会承受更小的电压，不容易被击穿。降低绝缘电阻的方法较多，如延长接地体长度，增加接地体的埋地深度，使用新型石墨烯接地体，使用降阻剂等。合理利用这些方法能够对降低杆塔接地电阻起到较好的效果，进而提升架空输电线路自身的雷电防护能力。
        3.3减少避雷线保护角
        避雷线保护角是避雷线和导线间与垂直线的夹角，架空地线如果具有较小的保护角，那么当出现雷电时，发生绕击的概率将减少，从而提高输电线路的耐雷水平，但是出于经济性和安全性的角度考虑，不同的电压等级对保护角的大小要求各不相同。保护角的选取要在线路安装之前就做好预算，当线路投入运行时则不可改变保护角的大小。同一电压等级架空线路处于不同地区时，其避雷线保护角也应有所区别，一般山区雷电更为频繁，所以山区的架空线路上避雷线保护角应较平原地区避雷线保护角小一些。
        3.4加装保护间隙
        对架空输电线路的雷电防护不能只通过阻塞的方式来实现，也可采用“疏导式”防雷保护作为“堵塞式”防雷措施的有力补充，如在架空输电线路上装配并联保护间隙。并联间隙应在装配于各绝缘子之间，从而使得雷电击于架空输电线路时产生的闪络发生在并联间隙中，进而使雷电对线路的损伤降到最低。在装配保护间隙时，需要保证架空输电线路上的绝缘子长度大于招弧角。在这一条件下加装保护间隙能对工频电弧的疏通引导起到较好的作用，同时能促进工频电场的合理化改进。由此可以看出加装保护间隙能够较好地以另一种方式实现对架空输电线路的雷电防护，且为输电线路的雷电防护提供了一种新的思路。
        结语
        综上所述，对于架空输电线路来说，雷击跳闸故障会对其产生比较严重的危害，因此，必须采取合理措施实现对雷击故障的有效预防。为此，相关输电线路企业应该在综合考虑架空输电线路结构特点以及周围所具有环境特点的基础上，通过科学防雷措施，降低雷击伤害，避免跳闸故障的产生。
        参考文献：
        [1]李平，朱海波，杜超，等.架空输电线路防雷措施研究[J].通讯世界，2019（8）：328-329.
        [2]谭任良.关于高压架空输电线路防雷措施的探讨[J].科技与创新，2018（17）：90-91.
        [3]王祥祥.高压架空输电线路的防雷措施分析[J].集成电路应用，2019（4）：99-100.