摘要：某日01时32分04秒，该线路B相故障跳闸，重合成功；1.6s后，A相故障跳闸，重合闸未动作（开关充电时间不足）。19min后，线路强送成功。巡视时发现该线路架空避雷线掉落挂搭在高铁及普通铁路接触网上，铁路接触网跳闸，接触网失电，3h后完成抢修。由于高铁在该时段没有营运班次，且故障在高铁营运车辆通车前处理完毕，未对铁路运营造成影响。
关键词：输电线路；避雷线断线原因；对策
影响输电线路雷害的原因有很多，为充分掌握输电线路遭受雷害的情况，必须要结合现场环境因素对其进行综合分析，通过仔细检查雷击事故现场以及模拟实验，准确判断其故障跳闸性质。输电线路遭受雷击的主要原因有以下几个方面：线路绝缘子放电电压超过正常值的一半；雷电流强度过强；杆塔的接地电阻异常；以及无标准架空地线。对于雷击导致的输电线路跳闸故障又可分为绕击和反击两种，一般绕击式跳闸发生概率较大，同时输电线路雷击事故还和其所处的具体地理位置也有关联，不同的地形、天气等环境因素对雷击故障造成的影响都有不同程度的差异。由于天空中雷云放电导致过电压的形成，使得输电线路周围容易出现雷击现象，大气过电压是以输电线路杆塔为放电通道，然后击穿线路绝缘层，雷电造成大气过电压又分为两种，分别是感应雷过电压和直击雷过电压。从接地方面考虑雷击，可以发现因为放电泄流需要通道，再加上大地能感应雷云中的异种电荷，因此接地装置的完善和雷击事故的发生有直接的关系。输电线路一般承受的感应雷过电压极限是400kV，而当线路过电压小于35kV时，又会对绝缘层造成一定的伤害，只有超过100kV时，才不会影响其绝缘带的安全工作状况，故超过100kV的输电线路雷害原因主要来自于直击雷。输电线路的杆塔高度和避雷线对边导线的保护角也是造成其雷害事故的重要原因，而山区输电线路的安全隐患问题更严重，山区地形复杂，使得输电线路的架设存在跨度大、高差大等问题，同时由于山区地貌的特殊，经常出现多云多雨天气，种种原因都导致山区雷电绕击发生概率较大，根据统计山区地区雷电绕击发生概率是平原地区的三倍左右。
1避雷线运行出现断股短线的可能原因
1.1材料缺陷
在《铁路电力牵引供电过程施工质量验收标准》（TB10421-2003）未单独提及避雷线或架空地线的验收，针对镀锌钢绞线参考承力索或软横跨的主控项目“线材运达现场的质量，其质量应符合相关标准的规定。外观质量且应符合下列规定：（1）镀锌钢绞线、镀铝钢绞线不得有断股、交叉、折叠、硬弯、松散等缺陷；如有缺陷应按规定处理；（2）镀锌钢绞线表明镀锌良好，不得锈蚀；（3）镀铝锌钢绞线镀层良好”。由于避雷线生产制造技术含量不高，很易去制备，部分生产者，没能注重该类线材质量，施工单位对材料进场后可能疏于监管检验，导致本身有缺陷的镀锌钢绞线投入使用，在周边环境的共同作用下，常年运行可能发生故障。
1.2施工安装缺陷
避雷线在人工放线过程中，由于与其他专业施工交叉，出现了对线材的损伤，施工引起的损伤主要还是硬弯和镀锌层的破坏，此外在电力系统内针对电网架空地线施工，强调了由于施工导致“金钩”导致了钢芯形成无法修复的永久变形，应该将该部分割除重接。也就是说由于在施工安装过程中导致了架空避雷线形成了“金钩”，而又没有发现，导致其弯曲运行，长此以往也会发生断裂。
1.3腐蚀开裂
镀锌钢绞线材质的地线长期暴露在大气腐蚀环境中，同时处于较低的拉应力，可能导致应力腐蚀断裂（材料在持久拉应力和腐蚀介质联合作用下发生脆性开裂的现象，称为应力腐蚀或应力腐蚀开裂）。特点是迅速发生，且出现腐蚀裂纹，甚至断裂，因此危害极大，几乎所有耐腐蚀金属材料都可能发生应力腐蚀。据了解电网的架空地线因腐蚀开裂甚至断裂还是时有发生，如2011年某220kV架空地线断裂，地线类型为50的镀锌钢绞线，断裂的地线外观检查发现地线外层12根镀锌钢丝腐蚀最严重，表明完全被黄褐色铁锈覆盖，并有小蚀坑，中间层的6根镀锌钢丝腐蚀也较严重，钢绞线各锈蚀钢丝之间夹塞有大量疏松的腐蚀产物。电网的架空地线运行时间较铁路接触网避雷线时间更加久，针对此类原因造成的隐患也是今后铁路接触网避雷线在长时间运行中需要关注的。
1.4雷击避雷线
避雷线架设在接触网顶端其主要目的是引雷，保护接触网，防止雷直接击中接触网。虽然雷击中地线对地线影响不大，但被雷电击中以后必定会降低避雷线的作用。在电力系统中雷直击电力架空地线断线的故障也有发生。雷击避雷线时，雷击点的电流密度最大，温度最高，雷电弧的温度可达数千K，虽然雷电流通过导体时其热效应是不大的，但是当雷直击避雷线，在直接与放电通道相接触的地方可能受到高温的作用，在强雷作用下使得金属熔化可能达毫米级的深度。这个现象很可能是有些导线不正常断股的原因。还有雷击具有冲击效应等的作用下可能导致架空地线的损伤。
1.5 绝缘配置不足和绝缘子选用不当
在输电线路使用过程之中，绝缘配置的不足，是导致其安全性较低的重要因素。在输电线路中，绝缘装置是为了避免发生电流应为电压问题产生回流的现象。如果因为绝缘装置配置较低，并没用起到应有的绝缘作用，就会导致跳闸现象发生，更可能引起更大的安全事故。另外，如果输电线路中的绝缘装置出现因老化而脱落的现象，反而会增大其对雷击事故发生的概率。相对其他安全事故而言，绝缘装置脱落所带来的风险更大，所产生的后果也更为严重。绝缘子是一种特殊的绝缘控件，在许多高压电线连接塔之间会看到很多盘状的绝缘体，那就是绝缘子。一起企业为了维护自身眼前的利益，在雷击多发区对于绝缘子材质的选择要求不严格，就会对输电线路雷击事故埋下不稳定的隐患。
2 输电线路避雷线断线对策
2.1合理布局输电线路
相关研究结果表明，实际高压输电线路遭遇雷击存在一定的规律，一些区域遭受雷击的概率往往较高，而一些地区遭遇雷击的概率则明显更低甚至没有。就专业角度而言，此类高发雷击区域称为易击区。因此在线路设计过程中，如若可以预先对线路附近雷电情况进行研究，从而合理地避开易击区则可以大大降低线路遭遇雷击的可能，更好地保护高压输电线路。
2.2降低杆塔接地电阻
当杆塔的接地电阻增加时，则相对应的输电线路的抗雷击能力也就越低，而当杆塔的接地电阻慢慢降低时，则整个输电线路的抗雷性能又会增加。因此实际线路建设施工过程中，应尽可能选择接地电阻值较小的杆塔。此外，为了尽可能地增加泄流容积，可以选择单极深埋垂直接地方式，从而避免选择水平加多根短桩式复合接地系统。最后，对于一些土壤电阻相对较大的区域，可以增加一些物理降阻剂，从而对接地装置埋设位置土壤电阻率进行优化，以便于发生雷击事件时，可以达到较好的迅速泄压效果。
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2.3装设避雷线
高压输电线路防雷的基本措施之一就是装设避雷线，这样不仅可以防止雷电直接击中导线，产生具有破坏性的过电压威胁输电线路的安全运行，避雷线还可以将雷电接引进入大地，而保证输电线路不被雷电流造成的过电压破坏。同时避雷线最重要的部分就是其保护角的设置，必须要根据规范的防雷措施设计避雷线保护角，还要考虑山坡地区对保护角的影响，防止因避雷线的不规范装置，导致线路闪络次数的增多，从而影响电网运行的安全可靠性。对于避雷线的引流功能，其实施过程是由于接地电阻的不同，使得杆塔顶部电位的差异，当雷电波在避雷线中传输时，因为线路的耦合作用很容易感应出另一个行波，但是这类行波和杆塔顶部电位不同而造成的过电压比雷电直击时造成的过电压小很多，这样就可以保护输电线路不受雷电高压破坏。通过各类模拟实验可以得出，输电线路的电压是100kV甚至更高时，需要全线装设避雷线，保护角一般采用20~30°，对于500kV及以上的超高压输电线路需要装设双避雷线，这时保护角一般采用15°及以下。
2.4强化输电线路的绝缘带
输电线路的绝缘带强度是影响其抗雷水平高低的直接因素，雷击事故的发生概率和绝缘带强度成正比。在雷电活跃地区和跨越大的杆塔处应增加绝缘子片数，这些地方多为雷击事故发生频繁地带，无论是杆塔顶部电位、感应过电压，还是受绕击的概率都比别处要大，适当的增加绝缘子片数，同时加大输电线路和避雷线之间的距离，都可以强化绝缘带，平时还需要加强零值绝缘子的检测工作，及时更换和检修破损的零值绝缘子。如今，我们常用同杆塔双回线路的输电设备，普通的防雷措施已经无法有效起到防雷作用，可以采用不平衡绝缘方式，以保护输电线路遭受雷击时双回线路不同时跳闸，不平衡绝缘方式就是当输电线路遭受雷击时，绝缘子片数少的回路先闪络，然后这一回路可以当避雷线使用，对另一条回路起到保护作用，提高其防雷水平，保证电网供电的连续性。对于绝缘子片数的装设，高度超过40m有地线杆塔，每增高10m就要增加一片绝缘子。
2.5耦合地埋线
通常情况下，耦合地埋线可以起到两方面的作用，一是接地电阻的减小，二是具有架空地线的作用。也就是说，它同时具有避雷线的分离作用和耦合作用。根据实际调查，沿输电线路在地下埋设1~2根的接地线，并可以和杆塔接地的装置进行相互连接，这样可以降低接地电阻，并有效地提高输电线路的耐雷能力。虽然这种措施的防雷效果比较好，但在山区实施相对困难，不仅施工难度大，成本也较高。因此通常在雷害严重的平原丘陵地区得到广泛应用。
2.6采用消弧线圈接地装置
对于雷电活跃地区，难以降低线路中的接地电阻，如110kV及以下电压等级的电网可以采用不接地方式或消弧线圈接地装置，这种装置可以使雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，避免其出现持续共频电弧现象，目前的消弧线圈接地方式运行效果良好。消弧线圈接地系统的单相接地选线方法归纳起来主要有两类，一类是通过改变消弧线圈回路参数来获取接地故障特征的方法；另一类方法不通过改变消弧线圈回路参数，只依据单相接地时的自身接地故障特征。第一类方法应用得最多，它主要是线路单相接地时在消弧线圈旁并接电阻，以改变接地故障线路的零序电流，通过检测各线路零序电流的改变实现接地故障线路的选择。
2.7 提升线路的耐雷性
输电线路耐雷性的提升主要是通过两种办法来进行的。一方面是提升线路的绝缘性能，另一方面是降低接地电阻。对于输电线路而言，杆塔的架设比较高，跨越度往往比较大，部分地区还需要采用跨河杆塔的方式来进行架设。进一步增加输电线路遭遇雷击的可能性。那么此时，可以通过增加杆塔绝缘子串片的数量来延长跨越档导线和地线之间的间隔；中低压的输电线路还可以使用瓷横担高耐压绝缘子来提升线路的绝缘性。而降低线路接地电阻相比提升绝缘性而言，其耐雷性提升效果更佳。可以通过地网增补或者释放降阻剂来进行。根据当前的线路接地情况来看，接地电阻的变化性比较大，工作人员经常依据经验和阻率来进行推断，因此需要通过后期的补充措施来降低线路的接地电阻。
3特殊条件下的防雷措施
当下我国输电线路都有了较为完善的防雷保护，但是在配电网中一般都没有装设避雷线，尤其是山区地区。当输电线电力线路遭受到雷击危害时，输电线线路对地阻抗时会产生过高的电位差，线路易发生绝缘闪络，同时，雷电顺着导线可能会危及到变电站，破坏站内设备。而山区的闪络抢救工作较难开展，因此做好输电线防雷措施十分必要。
（1）安装氧化锌避雷器。氧化锌避雷器能使雷电过电压及时减小，电流导入地层加快，保护了绝缘子。但是在雷击电流量增大或雷电发生时间长的情况下，氧化锌避雷器并不能完全保障线路安全。
（2）线路全程架设避雷线。避雷线将雷电流分流，使得流入的电流量降低，同时避雷线还能屏蔽线路导线，降低导线上存在的感应电压。但是全程架设避雷线的成本比较高，后期维护等工作也不易开展。
（3）串联放电间隙和辅助间隙。将辅助间隙串联在地下引线中，一旦发生线路短路，不会接地也不会放电，还能辅助灭弧。要注意辅助间隙之间的距离，以5mm-20mm较为合适，过大或过小都不利于发挥最佳效果。三个放电间隙使用一个辅助间隙即可，价格较低并且对线路的保护性能高。
将气象卫星云图的雷暴云与雷电检测网的雷电活动结合起来分析，提高了雷电预警的准确性；此雷击闪络预警方法把预警进行了精细的划分，分为黄色、橙色、红色，针对不同的程度可以做出有针对性的解决办法，使得输电线路工作的稳定性有了进一步保障；大气电场仪的使用，可以准确地判断出雷暴云的位置信息，准确地测量了雷暴云与输电线路之间的距离，提高了预警的精准度。这些优点可以及时准确地向工作人员提供信息，让工作人员提前做好各项准备，减少雷电对架空输电线路的危害，起到保护架空输电线路的作用，是一种积极主动的预警方法。
总之，（1）#4杆塔避雷线断线的主要原因为：在143kA雷电流雷击避雷线时，引起B相跳线绝缘子串对避雷线跳线闪络，短路电流流经避雷线，超过避雷线短路热稳允许电流值，导致避雷线断线。
（2）#5杆塔避雷线断线的主要原因为：#4杆塔避雷线断线引起第二次跳闸，连续2次短路故障电流造成避雷线线夹过热，过热的线夹引起避雷线烧损，同时在避雷线跌落冲击力作用下造成避雷线断线。
（3）提出了3种防止避雷线断线措施：更换大截面避雷线；优化悬垂金具安装方式；加装线路型避雷器。
参考文献：
[1]九景衢铁路浙江段增设避雷线变更设计.2017年2月.
[2]曾文枢.关于常见架空输电线路运行故障的解决.科技与创新，2014年第14期.
[3]胡加瑞，谢亿.架空线路典型断线分析.维护与检修.
[4]胡加瑞，谢亿，刘纯，等.架空线路典型断线分析[J].电世界，2013（12）：25-27.
[5]唐捷，蒋学军，陈智勇.基于晶体电光效应的绝缘子带电检测研究[J].电瓷避雷器，2013（6）：30-32，46.
论文作者:甘海云
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
标签：避雷线论文; 线路论文; 杆塔论文; 过电压论文; 雷电论文; 地线论文; 绝缘子论文; 《基层建设》2019年第26期论文;