架空线路防雷实践与分析

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架空线路防雷实践与分析

2020-01-02

河南省南阳市电业局王学求

摘要本文介绍了南阳电业局开展的防雷工作，对送、配电线路防雷中存在的问题进行分析，提出了防范措施。

关键词雷害故障线路防护措施

1.前言

南阳市是一个小盆地，处于秦岭淮河一线的南侧，四季分明，据近10年统计，年雷电日最少为14天，最多为37天，平均约为23.4天，且多发生于7月、8月两个月。一般情况下，雷击跳闸和雷击事故都发生于强雷暴，如2001年的强雷暴发生于7月11日前后，发生地为从内乡到南阳这一带和南如—云阳这一区域，并引发了二次雷击事故（遮山、南召）。而其他的零星雷电是很少发生事故的，至于发生雷害的杆塔的位置，并无显著的特点，山区多些，如丹二线的内乡、西峡山区；丘陵平地也时有发生，如鸭河、蒲山、遮山、双铺等。

2.110kv以及上线路防雷

据1997~2001年间统计，110kv线路平均雷击跳闸率为0.418次/百km·年·40雷电日，总跳闸率为1.388次/百km·年，说明雷击跳闸占28.6（110kv线路从580km增至700km），其中110kv线路5年中共跳闸10次，总跳闸次数为35次。

据1988年全国统计，110kv雷击跳闸率的平均值为0.459次/百km·年·40雷击日，说明110kv雷击跳闸率比低于全国水平，这归公于我局近几年来采取的一系列措施，使过去跳闸较多的丹二线在近连年来未发生雷击跳闸，而在1997~1998年是每年跳闸3次，才使5年平均值降于全国平均水平。

2.1易击段

首先要统计分析易击段易击杆塔。几十年来，重复多次受雷击的杆塔很少，雷击点分散比较大。有些线路在雷击时跳闸，重合成功，但查不到雷击部位，因为烧伤较轻，检查又不到位，近几年检修时才发现瓷瓶有雷击放电烧伤痕迹，统计分析时也应将此类情况计入。

要向群众了解强雷暴时的发展方向及路径与线路的关系，例如南阳市的雷暴大多从镇平、遮山、沿西南方向过来，但落雷密集区每次还不相同，有时在靳岗附近，有时在陈庄附近，以便对类似情况的杆塔主动采取措施。

另外，还应看到，有些雷害事故虽发生在线路上，但往往在变电站引起扩大事故，造成严重后果，所以线路上减少雷击跳闸，对变电的安全运行也具有重大意义。

2.2绕击防护

绕击事故是指雷电绕过避雷线，直接对导线放电，其电压可达11_~22MV，即使雷电流较小，也能引起跳闸事故，绕击时，线路的耐雷水平仅为5_~15KA，而反击耐雷水平可达100KA左右，据浙江两条山区线路统计分析，山区线路的绕击跳闸次数与反击跳闸次数相当，因此.防绕击雷对山区线路及跨越江河的特殊场合应当引起重视。

绕击防护的主要措施是屏蔽。通常把架于线路上方的接地线叫避雷线，架于线路下方的叫耦合地线，用于山沟和江大跨越是把架于线路旁边的叫拉雷线，如果上下左右都有接地屏蔽线，那防绕击雷就很可靠了，但这样做造价高，也很麻烦，于是想些简便办法，如装于塔顶的拉线和负角针，消雷器等还有将避雷线向外伸构成负保护角，甚至可将两根避雷线在档距中间用多根钢棒连接并外伸，构成梯子形式的屏蔽保护，这些措施的目的就是尽量减少导线被绕击，而让雷击于顶塔或避雷线，以减少跳闸。现在的问题是：我们的线路设计大多是定型的标准设计，很少考虑特殊场合下的防雷设计，如800m以上大跨越档并采取任何措施。

我局对个别杆塔做了塔顶拉线的尝试，2001年在丹二线385和#437_~#440装5G，且装负角保护针，除防绕击外还有降低塔顶电位减少反击的功效。由于安装时间不长，尽管之后未发生雷击跳闸事故，其效果还有待以后证实。

2.3对反击的保护

加强防绕击措施，将雷电吸引到塔顶和避雷线上，使反击的极率增大，所以在防绕击的同时，还要采取反击的措施，才能降低雷击跳闸率。要减少反击闪络，一是要提高绝缘子串的冲击放电电压，二是要尽量降低塔顶电位，主要是降低杆塔上的接地阻抗。应采取的措施：其一，可适当增加易受雷击段的绝缘水平，除增加绝缘子外，还包括及时更换零值绝缘子和及时清扫，提高沿面放电电压，还应增加耦合地线，提高分流效果和电容耦合效果等。其二，改善接地装置，降低冲击接地电阻，在高土壤电阻率的地方采用降阻剂，改善接地装置的形状，包括在新建线路时杆塔定位就要注意，不要把杆塔定在无法改善接地阻抗的岩石山上。

2.4跳闸后的补救措施

采用重合闸及双回路供电可以有效避免供电的中断，这是不言而喻的。

⑴目前由于防污闪工作的加强，线路绝缘水平一般已不算低，如110kv都采用8片，或防污双伞7片，或更换为硅橡胶合成绝缘子，硅橡胶合成绝缘子的抗雷击性能没有瓷绝缘子好，闪络放电率较高，不适于在易受雷击的地段装设，如2001年7月南空线闪络就是合成绝缘子，而且是刚更换的新绝缘子。

⑵对雷电易击区段的瓷绝缘子检零值工作及时进行，不能因为零值瓶少就忽视，因为少一片绝缘子就容易反击闪络。我局一直坚持按周期进行零值瓶的检测工作，发现和更换一些零值瓶。

⑶架设避雷线和耦合地线可以加强耦合和分流效果，同时也能降低杆塔的接地电阻，可适当降低杆顶电位。

⑷关于降阻剂的采用，山区有些杆塔在山顶上，特别是在一些岩石上，采用降阻剂是有效的，但降阻剂的施工要认真按说明书进行，要将接地扁铁和垂直接地角钢全部包起来（地面以下的部分，不能断断续续）。我们已发现一条220kv线路，95的杆塔都用了降阻剂，但都断断续续，包一段留一段，结果截面处诱蚀很快，不到五年，部分接地扁铁或园纲已断，比不用降阻剂还糟。我局2001年也用了20吨信阳膨润土降阻剂，改造部分山区接地装置，敷设时也没有将杆塔下引的垂直部分包好，一旦断开，只剩1m左右。

⑸有的杆塔因附近无法铺接地极，将接地线引到远处，有的只引一根很长的扁铁过去，超过70_~80m，尽管工频电阻合格，实际上作用很差。

⑹在线路的特殊点采用MOA避雷器，不仅对防反击也对防绕击都友好处。由于避雷器良好的伏安特性，能迅速切断续流而不致线路开关跳闸，它比单纯放电间隙要优越。我局采用MOA避雷器，在线路上已有3组，一组为无间隙的Y10W-120/300，一组为HY5CX-220/440和另一组HY5CX-110/220，后2组为带固定间隙，运行3_~4年来已动作5相次，其中HY5CX-110/220运行2个月就遇到了1次直击雷，避雷器动作但对地也放电了，导致线路跳闸，重合成功，旁边的绝缘子完好无损，对地放电的原因可能是这种双园环间隙安装后，对地部位距离减少，加之园环间隙的负极性放电电压较高，据试验结果比正极性高出100kv以上，两环间的放电电弧引发了对地放电，当然，由于MOA的保护范围有限（两侧外各一基塔）且投资较高，只能有重点地装，效果无疑是好的。

关于线路避雷器的选型问题，到底选无间隙的好还是选有间隙的好？两种各有优点。无间隙的氧化锌避雷器，响应快，放电稳定，但通流容量要大些，残压也高些，且长期承受电压，老化快，还有试验不便。而带间隙的避雷器存在放电时延、放电电压不稳定，正、负极性下的放电电压相差大，环性间隙可达100kv以上，但平时不承受电压老化慢，试验周期可延长，残压可以选低些，至于通流容量是否可小些，还有待论证。因而选用时，可根据位置和安装条件灵活选用。

110kv线路有避雷线时，无论雷击导线或避雷线，一组避雷器也只能保护住本基和旁边各一基杆塔的绝缘子，在无避雷线时，在绕击导线时，只能保护装避雷器杆塔两侧各1档线（包括两侧各一基杆塔），再远了，由于绕击耐雷水平低，免不了闪络，而在雷击塔顶时，只能保证本基（装有MOA的）绝缘子，未装MOA的杆塔遭雷击时，因其是独立接地，即使旁边一基有MOA，也是无能为力的，所以，如果不要避雷线，最好是每基杆塔都装，这样代价就大了。只有对10~30kv的线路以防感应雷为主时，保护范围要大一些，隔3~4基装一组是可行的。

3.10~35kv线路防雷

由于10~35kv线路的绝缘水平较低，不仅在雷直击导线和塔顶时肯定会闪络引起跳闸，而且在雷电击中旁边的树木或平地时，因感应电压过高也会导致闪络，所以其防雷主要取决于感应雷过电压的保护。

减少10~35kv线路雷击跳闸的方法不外乎是提高绝缘水平或采用架空地线，另外随着MOA的发展，在10~35kv系统中加装MOA是比较容易且花费也不大的措施之一，还有跳闸后的后续措施如重合闸、消弧线圈及环网供电。

3.1关于提高绝缘水平，10kv已采用p15及p20，35kv原3片可以增加到4片（普通悬式绝缘子），也有改为3片防污型双伞绝缘子和合成绝缘子的，不要认为增加一片，提高不多，但雷击跳闸率可以大为降低。我市方城县电业局就深有体会，原来3片时，几乎每年35kv系统都要跳闸5~20次，后加为4片后，就很少跳闸了，有的年甚至1次都不跳了。

3.2关于采用架空地线

10~35kv线路规程上不要求全线架设避雷线，这是考虑到杆塔较低，受直接雷的几率较小，同时即使架了避雷线，雷击于避雷线时，由于绝缘水平低也同样会反击闪络，但避雷线对间接雷击感应过电压的幅值可以减少30左右，故障跳闸率也可下降30左右，有些线路不便将避雷线架于上部，也可以架在下方，也可使雷击跳闸率降低20左右，为此对多雷区易击段的10~35KV线路，增架一条避雷线（耦合地线）也是很好的措施，我局原蒲鸭线（35KV）受雷次数较多，1984年架了全线避雷线后，跳闸率大为减少，十几年来只有2次雷击跳闸，其原因一是耦合使用，使感应过电压中幅值减少，二是每杆增设接地后，耐雷水平提高，其效果比每基加消雷器要好，消雷器只有接地的效果，而对雷电感应的耦合和分流无效，况且还有引雷之嫌。

3.3装设避雷器

在10~35KV线路中装设避雷器的效果是不言而喻的，在MOA之前，人们试用过放电间隙和管型避雷器，前者需依靠中合闸配合，后者每次动作后需进行调整，现在合成外套的10KVMOA仅1kg左右，可以很方便地挂在导线上。10KV系统采用带脱离器的无间隙MOA安装方便，也不用试验，坏了就自动脱离，我局去年安装了30组，分布于靳岗110KV站的几条10KV出线上，在7月份一次强雷暴中，这几条出线无一条闸，而前几年几乎每年在强雷暴时除跳闸外，还常发生断线，断路等故障，恢复起来较慢，造成严重损失。另外绝缘导线以普遍采用，一旦受雷击，容易发生断线故障，其防雷就应特别重视，国外有用MOA避雷器作支持绝缘子的报道。对于35kv因所管线路较少，故未采用，只在末端断开的线路侧装于变电站，今年有一条郊区老线路中间π接新站时，因顶端无法架避雷线，下部架耦合地线因无先例，准备在进线段装4组MOA以确保进入变电站的过电压不超过MOA的残压。

3.4关于重合闸的运行

重合闸对防雷害的作用自不待说，一般都能正常运行，但现在有的问题是有一段短电缆但架空线路为主的线路重合闸是否要投入？全电缆线路无需投重合闸是因为电缆的故障是永久性的，而不可恢复的，投重合闸就无意义了，而短电缆且架空线为主的故障大多在架空线上，应投入为宜。另外，以绝缘导线为主的架空线路发生雷击故障，有些同样是可以恢复的（如雷击短线则不行），因而重合闸也不应退出。

3.5消弧线圈

消弧线圈只对单相雷击故障其熄灭续流作用，以保证不间断供电。但目前消弧线圈的运行存在一个普遍性的问题，就是中性点位移电压偏高，主要因为系统三相对地电容不对称引起不对称电压偏高，而投入消弧圈后的放电作用往往使位移电压达10V_Φ左右，消弧线圈运行中规定U₀可以不大于15V_Φ而国标GB/T11543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》中规定U₀不应大于2Ve，相当于3.5V_Φ，这是有矛盾的，按15V_Φ对系统电压质量和某些设备的运行是不利的，如要按<3.5V_Φ执行，架空线路系统就要进行认真换位来消除各相电容的不平衡，这是比较麻烦的，还会使系统中相位也弄得很乱，难以实施。

不过现在有一种消弧线压装置不用消弧线圈，而用接地开关，将线路的接地相引到变电站母线上同相接地，这样就消除了线圈接地点的电流，延时后又将接地开关打开，如不是永久故障就进入正常运行，如属永久故障，接地开关再合上，然后配合微机自动选线，自动切除故障线路后再跳开接地开关，这种装置就不存在消圈调试和位移电压过高之虑，我们认为在经过运行证明确实可靠，不致发生误判后，可以推广采用。

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