我国输电线路防雷保护现状及防雷新技术综述 长期以来,人们一直认为超高压电网中由于绝缘水平的增强,线路耐雷水 平提高,雷击则退到次要位置,操作过电压在绝缘配合中起主导作用,实际上, 超高压输电线路所承受的饿工作电压、操作过电压和雷电过电压,与线路绝缘 的耐受能力以及限制电压的各种措施,组成了一个相互联系的有机整体,而这 三种电压对超高压系统的绝缘配合,运行可靠性的影响,谁起主导作用,决定 于具体情况和条件,是发展变化的 随着对操作过电压的深入研究,以及保护设备性能的提高及保护措施的不 断完善,500kV系统的操作过电压水平已降至20pu及以下,30kV系统的操 作过电压水平已降至22pu及以下,操作过电压已不再是超高压线路绝缘的控 制因素。 我国的输电线路运行水平东与西、南与北差别较大,其主要原因有纬度 气候条件、地形地貌的差异,也有维护管理上的差别,因而线路跳闸率有较大 的差异,但从全国平均数来看,基本状况如下: 近年全国各电压等级线路故障眺闸率(平均数)单位:次/100km·a 年份 1996 1997 2000 2003 电压等级(kV 110 1204 0.852 0.749 1085 220 0.814 0.744 0.452 0.765 330 0.051 0.114 0.197 0.419 500 0.516 0.194 0.201 0.327 雷害事故在输电线路总事故中占有很大的比例雷害较为严重的地区和省份 有福建、广东、广西、华东、贵州、四川、东北、华北等。从最近几年线路运
我国输电线路防雷保护现状及防雷新技术综述 长期以来，人们一直认为超高压电网中由于绝缘水平的增强，线路耐雷水 平提高，雷击则退到次要位置，操作过电压在绝缘配合中起主导作用，实际上， 超高压输电线路所承受的饿工作电压、操作过电压和雷电过电压，与线路绝缘 的耐受能力以及限制电压的各种措施，组成了一个相互联系的有机整体，而这 三种电压对超高压系统的绝缘配合，运行可靠性的影响，谁起主导作用，决定 于具体情况和条件，是发展变化的。 随着对操作过电压的深入研究，以及保护设备性能的提高及保护措施的不 断完善，500kV 系统的操作过电压水平已降至 2.0p.u 及以下，330kV 系统的操 作过电压水平已降至 2.2p.u 及以下，操作过电压已不再是超高压线路绝缘的控 制因素。 我国的输电线路运行水平东与西、南与北差别较大，其主要原因有纬度、 气候条件、地形地貌的差异，也有维护管理上的差别，因而线路跳闸率有较大 的差异，但从全国平均数来看，基本状况如下： 近年全国各电压等级线路故障眺闸率（平均数） 单位：次/100km•a 年份 电压等级（kV） 1996 1997 2000 2003 110 1.204 0.852 0.749 1.085 220 0.814 0.744 0.452 0.765 330 0.051 0.114 0.197 0.419 500 0.516 0.194 0.201 0.327 雷害事故在输电线路总事故中占有很大的比例.雷害较为严重的地区和省份 有:福建、广东、广西、华东、贵州、四川、东北、华北等。从最近几年线路运
行统计的结果来看,例如,197年度输电线路的污闪眺闸及事故比1996年度降 低了约90%,但雷击眺闸有增无减。可见防雷保护仍是当前输电线路运行维护 工作的最重要任务之一。 输电线路雷击事故值得注意的几个特点 1、雷电活动强弱年份不同有差异 雷电活动的强弱不同的年份差异较大,同一条线路不同年份的雷击故障率相 差达10倍,如下表所示: 500kV天平线1、2回线路雷击跳闸率历年统计表 每年19919941995199619971998199920平均数 跳闸情 次数 6 2 5 5 2 3.625 次/100km a40雷日0.9540.4770.1590.0790.3970.3970.3970.1590.377 天平1回总长度314478km,天平2回总长度315857km。 最低与最高年份的差异达12倍 2、保护角大的线路雷击故障率较高 电压等级(kV) 500 750 1150 档距 350~400 450 370 相间距离(米) 12 18 22.8 导线平均高度 15.8 21.7 23.9 地线平均高度 26.8 37.2 41 保护角 20~220 18~22 24~28° 雷击跳闸次数 67 9 16 占总跳闸次数的比例1749% 23.07% 84.21%
行统计的结果来看，例如，1997 年度输电线路的污闪眺闸及事故比 1996 年度降 低了约 90%，但雷击眺闸有增无减。可见防雷保护仍是当前输电线路运行维护 工作的最重要任务之一。 一、输电线路雷击事故值得注意的几个特点 1、雷电活动强弱年份不同有差异 雷电活动的强弱不同的年份差异较大，同一条线路不同年份的雷击故障率相 差达 10 倍，如下表所示： 500kV 天平线 1、2 回线路雷击跳闸率历年统计表 年 份 跳闸情况 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 平均数 次数 6 3 2 2 5 5 5 2 3.625 次/100km• a•40 雷日 0.954 0.477 0.159 0.079 0.397 0.397 0.397 0.159 0.377 天平 1 回总长度 314.478km，天平 2 回总长度 315.857km。 最低与最高年份的差异达 12 倍。 2、保护角大的线路雷击故障率较高 电压等级（kV） 500 750 1150 档距 350～400 450 370 相间距离（米） 12 18 22.8 导线平均高度 15.8 21.7 23.9 地线平均高度 26.8 37.2 41 保护角 20～220 18～220 24～280 雷击跳闸次数 67 9 16 占总跳闸次数的比例 17.49% 23.07% 84.21%
从表中可以看出 ·架空地线对边导线的保护角越大,雷击故障率越高: ·特高压输电线路即使耐雷水平相当高,也由于保护角过大也导致雷击跳 闸率高,特高压线路防雷工作仍然是线路防护工作的重点 3、小保护角仍会屏蔽失效 1992年7月,500kⅤ线路发生几次由于绕击引起的雷击跳闸事故,在这几 起事故中,遭受雷击的杆塔有一个共同的特点,即都为ZM1型塔,边导线的保 护角为7.20 4、山区线路以绕击为主; 5、雷击档中引起的反击闪;络不容忽视 6、耦合系数大的导线反而遭绕击次数多 般认为,与地线耦合作用大的相导线较耦合作用小的相导线不太容易遭 绕击,然而,对于垂直排列的三相导线而言,下导线尽管耦合系数较小,但其 保护角也较小,上导线耦合系数大可保护角也大,所以上导线遭雷击的次数多。 导线位置 上 中 下 绕击次数 10 占总绕击数的比例 43.3 34.8 21.7 减少线路雷击事故的途径及防雷保护措施 l、接地电阻:当杆塔塔型、尺寸与绝缘子型式和数量确定后,影响线路反击 耐雷水平的主要因素是杆塔的接地电阻。500kV典型酒杯塔和±500kⅤ典型直 线塔不同接地电阻所对应的耐雷水平的计算值 接地电阻 15 30 交流500kV耐雷水平 176.7 1254 81.2
从表中可以看出： ·架空地线对边导线的保护角越大，雷击故障率越高； ·特高压输电线路即使耐雷水平相当高，也由于保护角过大也导致雷击跳 闸率高，特高压线路防雷工作仍然是线路防护工作的重点。 3、小保护角仍会屏蔽失效 1992 年 7 月，500kV 线路发生几次由于绕击引起的雷击跳闸事故，在这几 起事故中，遭受雷击的杆塔有一个共同的特点，即都为 ZM1 型塔，边导线的保 护角为 7.20。 4、山区线路以绕击为主； 5、雷击档中引起的反击闪；络不容忽视 6、耦合系数大的导线反而遭绕击次数多 一般认为，与地线耦合作用大的相导线较耦合作用小的相导线不太容易遭 绕击，然而，对于垂直排列的三相导线而言，下导线尽管耦合系数较小，但其 保护角也较小，上导线耦合系数大可保护角也大，所以上导线遭雷击的次数多。 导线位置 上 中 下 绕击次数 10 8 5 占总绕击数的比例 43.3 34.8 21.7 二、减少线路雷击事故的途径及防雷保护措施 1、接地电阻：当杆塔塔型、尺寸与绝缘子型式和数量确定后，影响线路反击 耐雷水平的主要因素是杆塔的接地电阻。500kV 典型酒杯塔和±500kV 典型直 线塔不同接地电阻所对应的耐雷水平的计算值： 接地电阻 7 15 30 交流 500kV 耐雷水平 176.7 125.4 81.2
直流500kV耐雷水平 315 235 167 不同的接地电阻对线路杆塔的耐雷水平有较大的影响,杆塔接地的作用显得 十分重要 2、地线与边导线的保护角:根据计算,当保护角大于20度之后,绕击就 会显著增加。 3、杆塔高度:当塔髙増加时,绕击数会增加。而且塔髙较大时,会趋于饱 和,杆塔髙度增加,地面屏蔽效应减弱,绕击区变大,使更多的雷不击中导线 而当杄塔相当高时,地面屏蔽作用已变得很弱,几乎所有落入垂直平分线以下 区域的雷击能击中相导线,所以绕击数将趋于饱和,不再随塔高增加而增加 从减少绕击的观点应尽量减少保护角和降低杆塔高度 4、线路绝缘水平与波阻抗:在绕击事故中,小雷电流所占的比例较大,线 路总的落雷次数以及击中线路的雷电流幅值的分布情况,也就是用磁钢棒所测 得的雷电流值概率分布曲线都应该与杆塔结构有关 能引起绕击的最小雷电流可以表示为: 从上式可见,减小波阻抗会使绕击耐雷水平提高,所以从减少绕击事故的 观点,增加绝缘子片数和采用分裂导线都是有利的 5、降低线路雷击跳闸率的思路 长期以来,线路防雷所进行的传统工作是:尽可能降低杆塔接地电阻;尽 可能降低杄塔髙度;增加杄塔绝缘;减少边导线保护角;加装塔顶拉线;在横 担处装侧向避雷针;装设耦合地线以及旁路架空地线等。近几年人们也在研究 在山区采用负保护角的杆塔,而最近提出的避雷线上加装侧向短针则是基于将 绕击转化为反击,这是因为反击的耐雷水平远高于绕击
直流 500kV 耐雷水平 315 235 167 不同的接地电阻对线路杆塔的耐雷水平有较大的影响,杆塔接地的作用显得 十分重要. 2、地线与边导线的保护角：根据计算，当保护角大于 20 度之后，绕击就 会显著增加。 3、杆塔高度：当塔高增加时，绕击数会增加。而且塔高较大时，会趋于饱 和，杆塔高度增加，地面屏蔽效应减弱，绕击区变大，使更多的雷不击中导线。 而当杆塔相当高时，地面屏蔽作用已变得很弱，几乎所有落入垂直平分线以下 区域的雷击能击中相导线，所以绕击数将趋于饱和，不再随塔高增加而增加。 从减少绕击的观点应尽量减少保护角和降低杆塔高度。 4、线路绝缘水平与波阻抗：在绕击事故中，小雷电流所占的比例较大，线 路总的落雷次数以及击中线路的雷电流幅值的分布情况，也就是用磁钢棒所测 得的雷电流值概率分布曲线都应该与杆塔结构有关。 能引起绕击的最小雷电流可以表示为： Z U I 50% = 从上式可见，减小波阻抗会使绕击耐雷水平提高，所以从减少绕击事故的 观点，增加绝缘子片数和采用分裂导线都是有利的。 5、降低线路雷击跳闸率的思路 长期以来，线路防雷所进行的传统工作是：尽可能降低杆塔接地电阻；尽 可能降低杆塔高度；增加杆塔绝缘；减少边导线保护角；加装塔顶拉线；在横 担处装侧向避雷针；装设耦合地线以及旁路架空地线等。近几年人们也在研究 在山区采用负保护角的杆塔，而最近提出的避雷线上加装侧向短针则是基于将 绕击转化为反击，这是因为反击的耐雷水平远高于绕击
