周世君
四川蜀能电力有限公司电网运维分公司 四川成都 614000
摘要：电网出现故障的原因大多数是由于雷击所导致的，且这类故障在近年频繁发生。据数据显示，架空输电线路由于遭受雷击从而导致的线路跳闸数量占总跳闸数量的五成至七成，特别是地处地形地貌驳杂且土质的电阻率较高的地区，在夏天雷雨频发的季节输电线路受到雷击从而导致电力事故的频率增加，电力系统无法正常运行，社会的正常用电不但不能保障，还会导致社会财产受到损失。本文就雷击事故的判定、分析与防治作简单的阐述。
关键词：输电线路雷击事故 分析 防治
前言：乐山500kV输电线路 ，所经地区主要为乐山市的马边、峨边、金口河、峨眉地区，该地区处于小凉山和金口大峡谷边缘，山峦起伏、地形剧变、峰高谷深，地质多为岩石，地理环境相当复杂，自然环境恶劣，线路设备大多处在高山大岭地区或雨雾环绕、年均雷爆日为40的中雷电地区。500kV线路是国家电网大动脉，同时乐山又是四川电网水电送出中心，所以做好高压输电线路雷击事故的分析与防治工作，对于确保四川电网的安全稳定运行起着重要作用。
一、雷击事故的判定
1、故障点查找及故障原因初步判定
（1）发生线路跳闸后，根据两端变电站保护、故障故障录波、行波计算出故障点测距，以行波测距较为准确。
（2）以计算故障塔位为中心，大小号侧各延5至10基塔进行登塔检查并测量接地电阻，主要查看大小号通道有无树竹放电情况、绝缘子、金具有无灼烧痕迹。
（3）当发现绝缘子、金具有明显灼烧痕迹时，可初步判定为雷击跳闸。如图1、图2
图1绝缘子灼烧痕迹
2、线路耐雷水平计算
（1）雷击地线、杆塔耐雷水平（反击耐雷水平）
查阅资料得到绝缘子串长（米）Lx，杆塔全高H，导线弧垂f，导线高度h，通过表1计算出雷击地线、杆塔的耐雷水平I1 。
表1：雷击地线、杆塔的耐雷水平计算
（2）雷击导线耐雷水平（绕击耐雷水平）
查阅资料得到避雷线高度（米）hb，导线高度（米）hd，避雷线保护角 (度）θ，，绝缘子串长（米）Lx，估算山坡倾角（度）φ，通过表2计算出杆塔临界电流（KA）Isc与绕击耐雷水平（KA）I2
表2：绕击分析（临界击距与临界电流，EGM法击距理论）
3、雷击故障判定
（1）提取雷电监测系统中线路跳闸前后5分钟时间段内、线路走廊2000米内数据。找出与故障点与故障时间吻合的雷电Ia。如图3、图4
图3 雷电监测数据
图4 线路走廊落雷情况图
（2）发生反击的必要条件是I1≥Ia，发生绕击的必要条件是：I2≤Ia≤Isc 。
二、输电线路在遭受到雷电攻击的故障部位的痕迹
导致雷电攻击的位置不同的原因不止一种，本文对这些原因一一做出分析并总结 。
1、雷击的放电痕迹的不同是因为电线杆塔的塔形不同
（1）就直线塔杆的垂直绝缘串而言，其遭受到雷电攻击后的放电痕迹表现为在瓷裙的边沿部位有着呈直线分布的灼伤，而且灼伤痕迹最严重的部位处于侧负荷的横担以及导线测绝缘子；银白色的明亮斑点会出现在导线以及悬垂线夹上；烧伤熔化的印记会出现在挂点金具与横担侧绝缘子的钢帽结合部位；如果直线塔干装配了均压环，雷击的放电痕迹同样也会出现在均压环上。
（2）对于没有安装跳线串的耐张塔杆来说，雷电攻击塔杆其放电路径是顺着直线的方向在最小的空气间隙中前进，这种放电形式是将横担侧上的绝缘子烧坏后对跳线进行放电；这一过程绝缘子串不会因为放电北击穿的原因是因为跳线的形状不规则，雷电的放电方向转而顺着直线攻向了横担侧；那么反而言之，如果绝缘子串被击穿原因很可能是跳线的驰度过大。
（3）干字型耐张塔的雷击放电痕迹如果和直线塔干的雷同，有可能是由于在耐张串的长度大于跳线串的长度的情况下，雷电攻击耐张塔导致耐张塔的塔头升压击穿了中相跳线串的原因。横担侧受到严重的灼伤是因为在空气间隙和绝缘子串被击穿后，连接金具受到工频续流的作用。
2、不同类型绝缘子的放电痕迹
（1）就瓷质绝缘子而言，其在受到雷击之后外表会出现很明显的放电痕迹，包裹绝缘子的瓷釉部分剥落，放电痕迹的中间部位会变成白色以及掺杂着黑点的白色，而放电痕迹放的四周围会变成黄色或者黑色；电击所导致的高温将会直接灼烧钢帽的镀锌层，导致其放电处出现银白色亮斑；且雷击所导致的高温将直接蒸发掉零值及低值瓶中的水分，从而导致钢帽与钢脚之间出现分离情况。
（2）玻璃钢绝缘子的放电痕迹很轻微，在高压电路中，玻璃钢绝缘子受到雷击表面不会呈现大范围的放电痕迹，一部分玻璃钢绝缘子的钢帽上的银色亮斑的长度仅仅为一公分；就空气动力型绝缘子插花处理的防冰闪绝缘子串而言,绝缘子表面灼伤痕迹比较醒目,而其它普通绝缘子无明显烧伤痕迹。
（3）复合绝缘子在放电痕迹表现在瓷裙与横担侧的颜色淡化，放电痕迹的中心颜色由浅到深依次为白色渐变为棕色，复合绝缘子的金属端部会有明显的灼伤痕迹，若复合绝缘子安装了均压环同样放电痕迹也会在均压环上得以体现。
连接接地应下线的螺栓没有拧紧会导致接地应下线失效，从而造成放电痕迹出现。但是放电痕迹并不代表那里就是雷电攻击的故障点，放电痕迹有可能雷击产生了一连串反应而出现的，仅仅起到一个参考作用。
三、导致线路跳闸的雷击分类
雷电绕击和雷电反击都会导致线路跳闸。分辨雷电绕击与雷电反击可以通过将发生电线塔干线路跳闸的所在地形、线路跳闸的时长、闪络的相别、再次合闸的状况等现象结合所记录的雷电电流参数、接地装置的检查结果来判定。
线路塔杆的接地电阻较大不能够实现对电流快速分流的状况，下高电流雷电击中避雷线或者塔顶，发生雷电反击的机率增加。低电流雷电先导放电，地线的电场强度不能够支持间隙击穿从而迎面先导导致屏蔽作用失效，在这种情况下发生雷电绕击的机率增加。据数据显示当电流的峰值在10千安至50千安之间，线路容易受到雷电绕击从而跳闸。电流的峰值在50千安至100千安之间，线路容易受到雷击从而跳闸。当电流的峰值在100千安以上，塔杆和地线容易受到雷电反击从而跳闸。当然这三种情况都只是大数据显示的发生机率，导致雷电绕击和雷电反击的状况并不只是取决于电流的大小，还与塔杆的耐雷级别以及架空地线的保护角等因素相关。
四、雷害故障的主要因素
有关资料显示,导致110千伏及其以上的输电线路遭受故障的主要是直击雷中的反击与绕机。根据输电线路的运行经验，现就反击和绕击两大类型的不同之处进行比较（表3）。
表3：反击与绕击之间的对比
由表3可以看出：山区线路的雷击事故比较突出，主要原因有以下几个方面：
1、绕击数增加
山区地形复杂，沿山坡外侧方向避雷线的屏避效果较低，而且杆塔位于山坡顶上，导线的等值平均高度相对增加，使绕击率加大。
2、感应过电压增加
山区线路导线的等值平均高度增加，加上地形因素影响，将造成感应过电压的增大，引起反击跳闸率的增加。
3、接地电阻一般较大
山区土壤电阻率一般都较高，所以杆塔接地电阻值普遍较高，而且比较难于降低，也是使反击跳闸率增加的主要原因。
4、雷电活动强烈
由于地形因素影响，山区线路所经过地区的雷电活动频率一般都比较强烈。因此，对于山区线路的防雷工作要给予高度的重视，特别是山区线路的各个易击段和易击点，更要采取重点防雷保护措施。
五、雷击事故的防治
避雷线是线路防雷的一项主要防范措施，无论对减少绕击或反击事故都有较好的作用。首先，它有屏蔽作用，可以防止雷电直击或绕击导线，并能够降低导线上的感应过电压分量。其次，它有分流作用，可以减少杆塔流过的雷电流幅值，使塔顶电位下降，从而减少反击跳闸率。再者它还有耦合作用，可以减少绝缘子串两端的电压降，同样可使反击事故减少。特别是对于雷电活动较强的山区线路，绕击和反击跳闸事故都较多，故需采用双避雷线，并使避雷线对导线的保护角保持α＝10°-15°º，目前很多设计已采用负角保护。
1、加装防绕击避雷针
防绕击避雷针又名护角保护针，是避免雷电直接击于线路绝缘上的重要保护措施。为了降低雷电绕击导致的线路跳闸的频率可以通过将雷电绕击转变为雷电反击的方式，利用防绕击避雷针的安装从而增加架空地线的屏蔽性能和引雷能力从而达到避雷目的。
2、可控放电避雷针
可控放电避雷针广泛地使用在直击雷的防护领域。可控放电避雷针是利用变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷从而防止强烈的下行雷闪放电危害。上行雷的特点可靠性能高的保护性能、保护范围大,保护物的高度不会对上行雷造成影响等等。
可控避雷针的工作原理是在雷击产生的电压超过峰值时将雷电流引到地面上，抑制电压的升压从而确保电力设施以及线路的安全。
为了确保绝缘子的可靠性，在安装避雷器时必须进行分流。
可控避雷器的安装实现了雷电流向相邻塔杆和地面的引流，在这一过程中导线与导线之间的电磁感应作用在导线与避雷线之间，两者之间出现耦合分量从而起到提高导线电位的作用，以确保绝缘子的可靠性。
3、氧化锌避雷器
避雷器的电阻片、复合绝缘外套和外串联间隙的电极组成了500kV线路避雷器。外串联间隙有绝缘子支撑间隙和纯空气间隙两种类型。
线路避雷器的作用是防止雷电击中输电线路，制止绝缘子放电，当雷电的电压过大，外串联间隙会被击穿，而在避雷器的作用下雷电的过电压状况会被抑制，与此同时在电力系统正常的内部过电压环境下，还需要外关联间隙起到隔离作用抑制避雷器的放电情况。
4、接地电阻整治
降低杆塔的接地电阻，可以减少雷电流对线路设备的反击事故。以DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中500kV典型的酒杯塔尺寸和绝缘子串的50%雷电冲击绝缘水平为例，500kV线路耐雷水平与杆塔接地电阻的关系为（见表4）
由表4可见，杆塔接地电阻的大小直接关系着线路的耐雷水平，杆塔接地电阻过大是雷击跳闸故障的主要原因，因而实际工作中降低杆塔接地电阻是提高输电线路耐雷水平的主要手段和重要措施。
六、结束语
防雷工作是保证输电线路安全运行的重点工作。根据我们多年运行经验表明，雷击引起的线路设备跳闸事故，仍然是输电线路跳闸事故的主要原因之一。因此，积极开展输电线路的防雷研究工作，深入分析雷电活动情况，对症下药，运用科学技术和措施，减小雷电损坏事故的发生，保证线路的安全运行，在我们今后的工作中具有重要意义。
参考文献
［1］左来明，张凌云．高压输电线路综合防雷技术研究．东北电力技术，２００７（２）．
［2］胡毅．输电线路运行故障的分析与防治．高电压技术，２００７（３）．
［3］梁竞雷，刘昆．架空线路雷击事故的分析及其防护．广东输电与变电技术，２００７（５）．
［4］罗厚群，蒋正龙，李喜桂．湖南省２２０ｋＶ 线路雷击跳闸率统计分析及线路防雷．湖南电力，２００６（２）．
论文作者:周世君
论文发表刊物:《防护工程》2019年13期
论文发表时间:2019/11/11
标签：雷电论文; 绝缘子论文; 线路论文; 杆塔论文; 痕迹论文; 导线论文; 避雷线论文; 《防护工程》2019年13期论文;