任小丹 罗晨乐
（国网陕西商洛供电公司，陕西 商洛 726000）
摘 要：通过对陕西省商洛地区330千伏输电线路多起雷害故障的总结分析，探讨了雷害故障的发生机理，指出雷害故障易发地形和杆塔特点，以及如何找到线路元件上的雷害痕迹，确认雷害故障；同时列举了常用的防雷方法，比较了各种防雷设施的特点以及使用建议。
关键词：330千伏；雷害；查找；防治
一、引言
雷害是输电线路的常发故障，少数雷害故障在线路元件上留下的痕迹不明显，不容易找到放电点和灼伤点，形成不了完整的放电通道，使运维人员不能快速确认故障性质和故障点，对输电线路和电力系统的正常运行影响较大。
陕西省商洛市位于秦岭腹地，自然条件造成输电线路雷害多发，商洛境内的330千伏金柞\滈柞通道是国网陕西公司的雷害多发通道之一，防雷工作是日常运维工作的重要组成部分。快速查找到雷害故障点，找到雷害痕迹，确认故障性质，恢复线路正常运行，对输电线路运维管理意义重大。本文以商洛地区发生的多起雷害故障为样本进行统计分析，陈述了雷害发生机理，指出了雷害对线路元件造成的痕迹特点和常见部位，比较了常用的防雷措施特点，提出了使用建议，对输电线路运维管理和防雷工作具有借签意义。
二、输电线路上的雷电过电压
雷击现象虽然复杂，但从分析其后果的角度看，又可简单地将其看成是一个电流行波沿空中通道注入雷击点，在击中电线后即分为左右二路继续前进。伴随着电流行波一同前进的还有电压行波，它们构成了以接近光速而传播着的电磁波。
架空输电线路上常见的雷电过电压有两种：第一种是架空线路上的感应过电压，即雷击发生在架空线路的附近，通地电磁感应在输电线路上产生的过电压；第二种是直击雷过电压，即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。
雷电对线路上的感应电压为随机变量，其最大值可达300-400千伏，它主要对35千伏及以下电网构成直接威胁。由于10千伏配电线路绝缘水平较低，感应雷过电压的影响尤为突出。对63千伏及以上的高压线路，感应电压一般不引起闪络。
直击雷过电压分三种情况：绕过避雷线击于导线，即绕击；雷击杆塔顶部；雷击避雷线中央。
1、线路运行经验，现场实测和模拟试验均证明，雷电绕过避雷线直击导线的概率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度及线路经过地区的地形、地貌、地质条件有关。当杆塔高度增加时，地面屏蔽效应减弱，绕击区变大；而地线与边导线的保护角实质是表示了地线的屏蔽作用，保护角变大，绕击区将加大，从而使绕击数增加；而随着地面坡度的增加，暴露弧段也将增加，绕击区加大。
2、雷击塔顶后，由于避雷线的分流作用，只有一部分雷电流(it）流过杆塔电感和接地电阻，可用分流系数表示流经杆塔的雷电流和总雷电流的关系。
it=βi
式中it-----流经杆塔的雷电流瞬时值，kA;
i-----总雷电流的瞬时值,kA;
Β----杆塔分流系数,330kV线路一般取0.88。
理论计算和运行经验证明，杆塔的接地电阻和杆塔的高度，在雷击于杆塔顶部时，对塔顶电位和耐雷水平起决定性作用。
3、当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压。根据我国大量的运行经验，DL/T620-1997推荐了如下的经验公式
S=0.012L +1
式中S ---在气温为＋15℃无风情况下档距中央导线与地线间最小的安全距离，m；
L---档距长度，m。
只要档中导线、地线间的空气距离S满足式中条件，则一般不会发生档中闪络。
三、雷害易发地形和杆塔特点
根据相关资料，雷电反击存在一基多相或多基多相的特点，雷电绕击一般为单基单相，商洛地区的330千伏输电线路雷害，绝大多数为单基单相，绕击的情况较多。运行经验和理论证明均指向三个因素：地形、塔型和接地电阻，这三个因素决定着线路和铁塔遭受雷害的概率，实际运行中的雷害也表现出以下特点：
1、突出山顶，多数发生在半山区。
2、某一区段的高位杆塔或向阳坡上的高位杆塔。
3、大跨越杆塔，档距600米以上。
4、岩石等接地电阻高的地方。
5、双回杆塔中相雷击数量略高于上相，下相明显低于上相和中相。
6、干字型单回路耐张塔中相跳线串最易雷击。
7、单回路直线塔中相一般不会发生雷击（保护角叠加）。
8、在铁塔数量基本相同的情况下，同走径线路双回区段跳闸次数高于单回区段。
9、近年使用的新塔型防雷效果优于77、78塔型（大量开发设计新塔塔始于2008年南方冰灾后）
10、绝缘劣化的线路。
四、雷电过电压后存在痕迹的线路元件和表现特点
雷害绝大部分可以重合成功，也有极少数重合不成功。330千伏输电线路的雷害绝大部分为单相故障，也有少数的两相故障。值得注意的是，雷电天气往伴随着大雨，大风，在故障信息表现上，有些故障与雷害较为相似，因此，在未经过认真的查找分析，获得足够的证据前，不能武断的判定雷害。在获得故障信息后，一般会根据故障测距信息和雷电定位信息互相印证，以及故障段的天气情况，现场对群众的调查等综合判断。雷害一般会在线路的以下元件上留下痕迹。
1、绝缘子
输电线路遭受雷电过电压后，线路上采用的无论是玻璃绝缘子或合成绝缘子，绝大部分都会在绝缘子上留下痕迹。查找雷击故障，首先要检查的就是绝缘子伞群和钢帽表面是否有痕迹。一般来说，绝缘子发生雷击放电后，钢帽铁件上有熔化、烧伤痕迹，瓷质绝缘子表面釉层烧伤脱落，玻璃绝缘子的玻璃体表面存在网状裂纹或烧伤点。
有的绝缘子伞群表面烧伤面积较大，容易被发现，规则的形状类似椭圆形的树叶，不规则的类似水渍漫延。有的绝缘子表面有较小的灼伤点，类似小石子撞击过。玻璃绝缘子通常有浅白色或绿色，颜色的深浅也不尽相同，颜色的深浅往往影响伞群上雷击痕迹是否明显，颜色越浅的绝缘子雷击痕迹越不明显，受现场光线，观察角度等影响，需要人力、相机、无人机等多种方法进行观察和甄别。绝缘子钢帽上的痕迹经常与伞群上的痕迹连为一体，面积较大的如同半个碗口，较小比指甲盖略大，颜色多呈赤白色。
2、导线或引流线
导线和引流上留存雷击痕迹的情况较为常见。运行时间较长的导线表面往往因锈蚀、氧化呈黑色，雷击灼伤点将导线表面的物质熔化褪却，留下明显的数个白色斑点，斑点的位置较集中。较新的导线会形成毛刺或多个小凹坑，人力不容易观察到，一般用相机或无人机拍照能看清楚。
3、地线的放电间隙和接地联板
一般在雷击杆塔或相邻杆塔的地线放电间隙和接地联板上，也会留存灼伤点。绝大部分330千伏线路均使用了绝缘架空地线,部分放电间隙由于感应电在日常运行中就会发生放电现象,留下烧伤痕迹。因此,判断放电间隙的灼伤点是否是雷击引起的，要综合其它因素才能下结论。接地联板上出现的灼伤点，往往是由于联板螺栓紧固不够造成的，在运行中要加以注意。
4、均压环、联接金具、线夹等
雷击后均压环上存在痕迹也较为常见，较严重的会在均压环上造成孔洞，较轻的会形成赤白色的烧伤斑点，还有的会形成类似石子冲击过的数个凹坑。联接金具多出现在两个金具的连接处，如U型环与铁塔挂点，U型环与三眼联板，U型环与球头挂环等的连接缝隙部位，甚至有些金具的螺杆穿孔处，往往有赤白色烧伤或灼伤点。悬垂线夹或耐张线夹内也会存在烧伤或灼伤点，但较难观察到，需要将线夹打开检查。
五、输电线路常用的防雷措施及使用建议
根据《国网公司差异化防雷改造指导原则》和《“六防”工作手册》及有关资料规定：
“500（330）kV及以上交流线路应以绕击防治为主”，改造指导的防雷措施主要有：线路避雷器、塔顶避雷针、侧向避雷针、耦合地线、并联间隙。
1、线路避雷器：
（1）雷区等级处于C2级以上的山区线路，宜在大档距（600米以上）杆塔、
耐张转角塔及其前后直线塔安装线路避雷器。
（2）重要线路雷区等级处于C1级以上且坡度25°以上的杆塔、一般线路雷区等级处于C2级以上且坡度30°以上的杆塔，其外边坡侧边相宜安装线路避雷器。
（3）雷区等级处于C1级以上的山区线路，雷区等级处于C2级以上的山区一般线路，若杆塔接地电阻在20Ω到100Ω之间且改善接地电阻困难也不经济的杆塔宜安装线路避雷器。
2、塔顶避雷针
（1）220kV及以上线路安装塔顶避雷针的杆塔应严格控制考虑季节系数修正后的杆塔工频接地电阻不大于15Ω。
（2）塔顶避雷针一般要求高出避雷线位置＞2米。
3、侧向避雷针
（1）220kV及以上单回线路宜水平安装在边相导线横担上，且推荐采用伸出横担长度2米以上的塔头侧针。
（2）220kV及以上同塔双回线路宜优先水平安装在中相导线横担上，且推荐采用伸出横担长度2米以上的塔头侧针。
4、耦合地线
（1）耦合地线作为一种反击防护措施可用于一般线路，其可增加导线和地线之间的耦合作用，同时具有分流作用。
（2）在满足杆塔机械强度和导线对地距离情况下，可根据地形地貌采用架设耦合地线技术。
5、并联间隙：重要线路不宜安装并联间隙。
在实际应用中，避雷器和避雷针是最常用的防雷措施。使用避雷器在一个换位区段内，要合理布置避雷器安装点和相别，应优先在800米以上档距、转角塔附近安装。同时注意积累线路的故障相别，优先在雷击次数明显高的相别上安装。对降阻困难的地段宜安装避雷器。塔顶避雷针的安装位置同样应选择大档距以及风口、边坡、山顶、水边的铁塔。对避雷针的安装工艺要认真把关，防止针头高度过低。 塔顶避雷针应优先在单回路转角塔上安装。安装位置宜间隔5基以上。安装有防雷设施的铁塔，其接地电阻应尽可能控制在10Ω以下。
作者简介：
任小丹（1978—），男，陕西商州人，高级工程师，长期从事输电线路运检管理工作。
罗晨乐（1998—），男，陕西商州人，从事配网管理工作。