摘要：输电线路在运行过程中承受工作电压、操作过电压或大气过电压时，都可能会发生绝缘闪络事故。线路防雷的基本任务是采用技术上与经济上合理的措施，将雷击事故减少到可以接受的程度。
关健词：输电线路；防雷
1概述
1.1 输电线路反击杆塔以及杆塔附近避雷线上落雷后，由于杆塔或接地引下线的电感和杆塔接地电阻上的压降，塔顶的电位可能达到使线路绝缘发生闪络的数值，造成杆塔雷击反击。杆塔的接地电阻是影响雷击跳闸率的重要因素，计算表明：杆塔的接地电阻如增加10～20Ω，雷击跳闸率将会增加50%～100%。为此，各网、省电力公司为提高供电可靠性，投入大量的人力和财力进行杆塔接地电阻的改造，使线路杆塔的接地电阻满足防雷设计的要求，保证了雷击跳闸率满足规程的要求。输电线路绝缘水平也是影响线路雷击反击的重要因素。为此，合理配置线路杆塔的绝缘水平和布置方式，会提高杆塔的耐雷水平，从而降低雷击故障跳闸率。雷直击塔顶或避雷线会造成对线路绝缘的反击，我国防雷与接地规程给出了不同电压等级输电线路杆塔承受反击的耐雷水平（表2）。
1.2 输电线路绕击雷绕过避雷线的屏蔽，击于导线称为“绕击”。由于影响发生绕击的因素比反击要复杂得多，人们对它感兴趣的程度和研究深度也较反击为多。上一世纪的60年代初，美国的E.R.Whitehead、H.R.Armstorng和G.R.Brown等人在前人完成的小模型模拟试验的基础上先后开展了绕击过程的理论研究，并取得了重要成果，完善和发展了分析输电线路屏蔽性能的电气几何模型（EGM），被称为Whitehead理论。近年来，Eviksson、Dallera、Rizk等人将近代长空气间隙放电的研究成果用于线路屏蔽性能的研究，提出了先导发展模型（LPM）。该模型认为在下行先导的作用下，接地物体上的上行先导的发生、发展及相遇的过程，在决定雷电屏蔽性能时起决定性的作用，并引入吸引距离作为基本参数。
2输电线路防雷保护的基本术语
2.1 雷电流波形雷电流的波头和波尾皆为随机变量，其平均波尾为40μs；对于中等强度以上的雷电流，波头大致在1~4μs内，实测表明，雷电流幅值IL与陡度的线性相关系数为0.6左右，这说明雷电流幅值增加时雷电流陡度也随之增加，因此波头变化不大，根据实测的统计结果，“规程”建议计算用波头取2.6μs。雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的，因此在防雷设计中需对波头形状作出规定，“规程”建议在一般线路防雷设计中波头形状可取为斜角坡；而在设计特殊高塔时，可取为半余弦波头，在波头范围内雷电流可表示为：i=（1-cos?棕t）。
2.2 雷电流幅值雷电流iL为一非周期冲击波，其幅值与气象、自然条件等有关，是一个随机变量，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。雷电流幅值概率分布可用下式表示：logP=-，上式中IL为雷电流幅值（kA），P为雷电流幅值超过IL的概率。例如IL等于120kA，可求得P为4.3%。
2.3 雷电日雷电日是一年中有雷电的日数。“规程”建议采用雷电日作为计算单位。（雷暴日T衡量雷电活动频繁的程度）。
规程规定：少雷区，T＜15；中雷区，15≤T＜40；多雷区，40≤T＜90；强雷区，90≤T；标准雷暴日：40。
2.4 地面落雷密度和输电线路落雷次数为了防雷设计和采取防雷措施，必须知道地面落雷密度，地面落雷密度“r”的定义为：每一雷电日每平方公里地面遭受雷击的次数，“规程”建议r为0.07次/平方公里•雷日。对于线路来说，由于高出地面，有引雷的作用，根据模拟试验和运行经验，一般高度的线路的等值受雷面的宽度为（4h+b）（h为避雷线成导线的平均高度，b为两根避雷线间的距离），也即等值于受雷面积为线路两侧的地带，线路愈高，则等值受雷面积愈大。Td＝40的地区，每100km每年的雷击次数为：NL＝0.28（b+4h）。
2.5 保护角通常将避雷线与外侧导线的联线和避雷线对地垂直线之间的夹角叫保护角。
2.6 绕击率当雷电绕过避雷线直接打在导线上的概率，可按下式计算lgP=-3.9（对平地线路）；lgP=-3.35（对山区线路）；ht为杆塔高度；α为保护角。
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2.7 击杆率运行经验表明，在线路落雷总数中雷击杆塔的次数与避雷线根数和经过地区的地形有关，雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值称为击杆率g，《规程》建议的击杆率如表3所示。
2.8 耐雷水平我国防雷与接地规程推荐用下式计算杆塔承受反击的耐雷水平：
I=U1-KβR+h/ht-KβL/2.6+1-Khg/hh/2.6
式中：U50%为绝缘子串50%冲击闪络电压，kV；K为导线线间耦合系数；Ko为导线与地线间的耦合系数；β为杆塔分流系数；Rch为杆塔冲击接地电阻，Ω；Lt为杆塔电感，μH；hg为地线平均高度，m；hc为导线平均高度，m；ht为杆塔高度，m；ha为横担对地高度，m。
3输电线路的几种常见过电压
架空输电线路中常见的过电压有以下两种，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，通过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。下面对这两种过电压做一个简单的介绍，在介绍中主要介绍产生的机理及结论，而省略了复杂的数学推导。
3.1 架空输电线路上的感应过电压当雷击线路附近的地面时，会在架空线路的三相导线上出现感应过电压（感应雷）。这种感应过电压的形成过程如下：在雷电放电的先导阶段，在先导通道中充满了电荷，它对导线产生了静电感应，在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。
雷击大地后，主放电开始，先导通道中的电荷被中和。如果先导通道中的电荷是全部瞬时被中和（这当然是不可能的），则导线上的束缚电荷也将全部瞬时变为自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定，它显然等于+U0（x）。这是静电感应过电压的极限。实际上，主放电的速度有限，所以导线上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电感应过电压将比+U0（x）小。此时由于对称的关系，被释放的束缚电荷将对称的向导线两侧流动，电荷流动形成的电流i乘以导线的波阻Z即为向两侧流动的静电感应过电压流动波u=iZ。此外，如果先导通道电荷全部瞬时中和，则瞬间有（这当然是不可能的），则将产生极强的时变磁场，后者将使导线产生极大的电磁感应过电压。因此电磁分量要比静电分量小得多，后者约为前者的五倍。又由于两种分量出现最大值的时刻也不同，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。
为了使大家在工作中对感应过电压的值有一个数量级的概念，可以用下式进行粗略的估算Ug=×25•I。式中，I：主放电电流（kA）；hc：导线平均高度（m）；S：雷击点距线路的距离（m）。
3.2 架空输电线路上的直击雷过电压雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况：①雷击杆塔顶部；②雷击避雷线中央部分；③绕过避雷线击于导线。
①当雷击于导线时，导线的电位可按下式计算：u=×=
式中的是雷击点左右两侧导线波阻并联的结果，是雷击于波阻近似于等于雷电通道波阻Z0时的雷电流比雷击零欧时减半的缘故。即使以绝缘很强的330-500KV线路来说，不难算出在10-15KA的雷电流下也将发生闪络，而出现等于及大于这一电流的概率是很大的（81-73%）因此，采用避雷线来大大减少雷击于线路的情况是很重要的措施。
②雷击线路杆塔顶部。雷击线路杆塔顶部时，有很大的电流igt流过杆塔入地。对一般高的杆塔，塔身可用等值电感Lgt代替，其冲击接地电阻为Rch，于是塔顶电位为U=R×igt+L
在一般情况下冲击接地电阻Rch对Ugt起很大的作用，而在山区或高阻区，Rch可达上百欧，此时它对Ugt的值将起决定性的作用。至于杆塔电感只有在特高塔或大跨越时才会起决定作用。
③雷直击于档距中央的避雷线。当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压，可用下式计算：U==a。式中：Lb为半档避雷线的电感，a为雷电流陡度。
从世界各国运行情况看在档中发生相地线间的闪络很少见。
参考文献：
[1]陈志清，谢恒.氧化锌压敏瓷及其在电力系统中的应用[M].水利电力出版社.
[2]胡大明，弥璞.线路避雷器应用情况分析和新型线路避雷器的设想[J].高压电器，2005，（01）.
论文作者:李斌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：过电压论文; 杆塔论文; 避雷线论文; 雷电论文; 导线论文; 线路论文; 电荷论文; 《电力设备》2019年第6期论文;