山区送电线路雷害事故分析及防雷措施研究

山区送电线路雷害事故分析及防雷措施研究

李景禄1 胡毅2 杨廷方1 杨成钢3

长沙理工大学电气与信息工程学院 长沙 410077

武汉高压研究所 武汉市 430074

浙江省丽水市电业局 丽水市 313000

摘要：对山区送电线路雷电活动的规律,特别是“反击”及“绕击”事故的发生机理进行了研究,通过具体事例讨论了杆塔接地电阻和档距对“反击”的影响,认为在山区连续多级杆塔接地电阻偏高,或两边有大跨越、大档距的杆塔最易发生“反击”事故。探讨了山区送电线路雷电“绕击”事故发生的地理、地貌和气象特征,以及山区送电线路在防止“反击”及“绕击”事故方面存在的不足,如山区杆塔接地电阻普遍较高,避雷线的保护角较小不能有效的屏蔽线路等。提出了“侧向避雷针”防止绕击的防雷保护新措施,以及降低杆塔接地电阻防止“反击”事故,和采用线路避雷器等山区送电线路防雷的综合技术措施。

关键词：反击绕击侧向避雷针接地电阻

Analysis about Lightning Strike of Transmission Line in Mountain Areas and

Research of Lightning Protection Measures

Li jinglu Huyi Yang tingfang Yang chenggang

Department of Electrical Power Engineering,Changsha University of

Science and Technology, Changsha 410077

High Voltage Research Institute,Wuhan,430074,China

Lishui Electric Power Bureau, Zhejiang Province, Lishui 313000,China Abstract: The regularities of lightning activities about transmission line in mountain areas,

especially about the generation mechanism of lighting counterattack and lighting bypass strike are introduced. The effect of tower and grade distance on lighting counterattack is discussed by examples. It’s considered that lighting counterattack is easy to take place in the mountain areas of high grounding resistance about continuous grades towers and the large gap or large grade distance towers. The geography, physiognomy and weather characteristic of the place where lighting bypass strike takes place and the defect of lighting counterattack and lighting bypass strike protection, for example that towers grounding resistances are high and the protective angle of lightning conductor cannot shield lines effectively are explored. Lightning Protection Measures to avoid lighting bypass strike by side lightning rod and lightning Protection composite measures for mountain areas are put forward.

Key Words: Counterattack, Bypass strike, Side lightning rod, Grounding resistor

1、引言

山区送电线路由于地形、地势复杂、雷电活动频繁，雷害事故要比平原地

区高得多，对于山区送电线路进行调查发现：山区送电线路存在着雷电多发段，存在着易击段，大多数雷害事故都是发生在若干基固定的杆塔或地段。对这些雷害事故进行研究发现雷害事故大多以雷击杆塔塔顶或避雷线后造成的“反击”为主。在个别特殊的地段也容易发生“绕击”。对频繁发生雷击事故的杆塔进行调查研究发现“反击”事故频繁发生的杆塔大多接地电阻偏高，容易发生“绕击”的杆塔则具有典型的地理地貌特征。也就是说雷害事故即有特殊性又有规律性。而送电线路在防雷措施上往往是整条线路的防雷措施都是一样，没有对特殊的地段采用特殊的防雷措施，很难收到理想的防雷效果。对一条线路要根据穿越不同地段的地质、地势及气象条件，分析其雷电活动的规律，采取不同的防雷措施，只有这样才能收到较好的防雷效果。

2、山区送电线路雷害事故分析

2.1雷击杆塔反击事故

山区送电线路由于地形、地势复杂、土壤电阻率高、施工难度大，所以杆塔的接地电阻大都偏高。在山区由于地形的原因，往往中有一些大跨越，大档距存在，如要跨越山谷、河流的大跨越、山区的雷电活动也高于平原地区。且由于山区复地形的影响，雷电活动往往在某一地段频繁发生，所以在某些线路段会特别容易遭受直击雷的袭击。如位于大别山区的某110KV线路的#6、#7、#8杆塔在1998年前经常遭受雷击引起线路跳闸，登杆检查可发现明显的铁塔落雷点和对绝缘子的“反击”放电点，经测试发现这三基杆塔的接地电阻分别为：#6塔，Rg=70Ω；#7塔，Rg=85Ω；#8塔，Rg>100Ω。该线路全线

为双避雷线保护，保护角约为19°，#5塔—#6塔、#8塔—#9塔为跨河大跨越，

档距约为500m ，由于该线路段特殊的地形和气候条件，雷电活动频繁，从#7塔连续三基杆塔接地电阻偏高，两边又是大跨越架空避雷线的感抗较大，不能起有效分流作用。所以当雷击塔顶时雷电流的流动如图1所示，假#7塔遭受雷击，#7塔塔身的等值电感为L t ，则R ch =αRg=0.8×85=68Ω。

L s 为杆塔两侧避雷线并联的等值电感，i s 为流过避雷线的电流，该雷电流具有三角形波形，幅值为I ，波头为t ，波头陡度为a 。在波头部部分雷电流为I=at ，大部分雷电流通过被击杆塔入地，小部分流经避雷线等支路入地，则杆塔电流[1]

t i i t ?==ββ （1）

式中β为杆塔分流系数，即杆塔电流与雷电流之比，此时塔顶电位

)(dt di L i R dt di L i R U t ch t t t ch p +=+=β （2）

杆塔分流系数可由图2的等值电路求出.

图1 #7塔遭受雷击时的示意图

i λλR>100Ω R=85Ω R=70Ω 8#7# 6# Lt Ls/2 Ls/2

at dt d L at dt d L at R s t ch )1()(βββ?=+ 2112/)3(11

τβτβ?++=

=++=Ls R Ls Lt t t Ls R Ls Lt ch ch 时

在

即杆塔的分流系数β除了与杆塔电感L t ，杆塔冲击接地电阻R ch 有关外，还与相邻两档避雷线的电感L s 有关，L s 越大则杆塔的分流系数β就愈大，流往杆塔的电流就越大，也就是说雷电流通过避雷线支路入地的电流越小，此时被击杆塔的塔顶电位就愈高(i c ---为杆塔两侧每侧导线的分流,z c ----为每侧导线的波阻抗)。

当塔顶电位为U p 时，与之相连的避雷线也有相同的电位U p ，由于避雷线与导线的电磁耦合作用，在导线上将出现耦合电位KU p ，K 为耦合系数，耦合电位的极性与雷电流相同。此外由于雷击时，空间电磁场的突然变化，在

导线上还会出现幅值为)1(0hc

hs K ah c ?的感应过电压，当雷电流达到幅值时，感应雷电压也达到最大，即

f t hc hs K ah Ui c τ)1(0??= （4） 此时，导线电位等于其耦合电位与感应雷电压之和

图2 雷击塔顶时的等值电路 R ch

f t hc hs K ah KUp Uc c τ)1(0??= （5）

式中，K 0为导线对避雷线的几何耦合系数；h s 为避雷线平均高度，m ；h c 为导线对地平均高度，m ；a 为感应过电压系数，KV/m ；t 时间，s ；τf ，雷电流波头时间，μs 。

此时作用在绝缘子串电压U m 为杆塔塔顶电位U p 与导线电位U c 之差，即 f t ah hc hs k dt di L k ht ha i R K U U U c t ch c p m τββ)1()()1(0?+?+?=?= （6）

式中，h a 为导线高度，m ；h t 为杆塔高度，m 。

当U m 随着雷电流的增大而增大，当U m 超过绝缘子的50%冲击放电电压U50%时，绝

2.2输电线路的绕击雷过电压

对110KV 及以上线路一般都全线架有避雷线保护，这确实起到了很好的直击雷防护作用。但是，在山区由于一些随机因素避雷线的屏蔽有时会失效，特别是在一些地形复杂的特殊地段，绕击事故仍时有发生。绕击事故尽管其概率较小，但由于是雷电直接击向导线，造成的破坏作用是非常大的，因而必须引起我们充分的重视。据我们对一些绕击事故的调研，发现容易发生绕击事故的杆塔或线路段，往往具有如下一些地理和气象特征：

1）位于山顶或半山腰的杆塔或线路，由于杆塔或线路所处的位置高，雷云有时可能与线路或杆塔平行，有时雷击甚至在杆塔或线路的下方。

2）位于峡谷谷口的杆塔。在季风的影响下雷云经常从固定的方向穿越线路或杆塔流动。

3）由于杆塔处电场畸变，所以杆塔处的场强较档距中央大，因此，杆塔要比档距中央更容易发生绕击。

一般山区的绕击率是平原地区的3倍，而山区的绕击又存在有频发区和一般地区，也就是说存在着容易发生绕击的线路段和杆塔，即有规律可循。绕击过电压的极性及波形与雷电流完全相似，其幅值为 c c

A Z Z Z Z I U +=002 （7）

式中：U A 绕击时导线上电压幅值，V ；Z 0，雷电放电通道波阻抗，Ω；Z c ，导线的等值波阻抗，Ω；I ，雷电流，A 。取Z 0=Z c /2，Z c =400Ω，则（7）可简化为

U A ≈100I （8）

绕击过电压的幅值往往很高，造成的破坏也大。特别容易造成绝缘子爆炸，或发生导线落地或断线事故。如东北某60KV 线路就曾发生绕击而使绝缘子炸碎导线落地事故。

3、山区送电线路防雷措施探讨

送电线路由于其绝缘水平较高，感应雷过电压的危害一般较小，重点是直击雷的防护。也就是说主要是“反击过电压”和“绕击过电压”的防护。根据山区雷电活动的特点和地质，地势情况我们提出如下一些针对性的防雷保护措施。

3.1降低杆塔接地电阻防止“反击”事故

从以上分析可知，雷击杆塔时的塔顶电位与杆塔接地电阻密切相关，因而

有效降低杆塔接地电阻是防止反击的有效措施。前述位于大别山区的某110KV线路，#6、#7、#8杆塔在1998年使用GPF-94高效膨润土降阻防腐剂进行了改造，这三基杆塔的接地电阻分别从70Ω，85Ω，大于100Ω，降到6.5Ω，9Ω和12Ω。从1998年改造到现在已经过5年多的时间，特别是经过1999年和2001年2年夏季的强雷电流活动，未发生一起雷击跳闸事故。另外，广东、辽宁、广西对一些山区多次发生雷害事故的送电线路进行的杆塔接地降阻改造都收到了很好的效果，有效地降低了雷击跳闸率[2]。

对送电线路来说接地电阻超标的杆塔往往是山区地质、地势复杂的地段。在这些地段又由土壤电阻率高，地形复杂，交通不便，要把杆塔的接地电阻降下来往往非常困难，然而越是降阻困难的地段往往又是雷电活动频繁、雷害事故多的地段，这就要求我们在杆塔接地降阻改造时要根据具体的地形、地势和土壤电阻率，做特殊的设计，充分利用杆塔所在处的地形，采用切实可行的降阻措施。在实际工程中，我们还发现一些不当的降阻措施，即对杆塔进行降阻时不管地质结构如何，采用打深井的方法进行降阻处理。且不说其降阻效果如何。因为杆塔接地的主要作用是防雷，而雷电流属于高频电流，有很强的趋肤性，在地中的流动也只是沿地表散流，深层土壤并不起作用。因而送电线路杆塔接地应以水平射线结合降阻剂降阻的方法进行降阻改造。根据我们在现场的经验，充分利用现场地势，沿等高线做水平射线，或在山岩地带利用山岩裂缝铺设水平接地体并施加膨润土类降阻剂可有效的降低杆塔接地电阻。

3.2使用线路避雷器进行保护

在多雷区为了防止雷害事故使用合适的线路避雷器是非常有效的。因为避雷器动作后，限制了绝缘子两端的电位差，可有效地防止反击事故发生。现场运行经验证明在雷电多发地段的线路上安装若干组线路避雷器，对防止雷击跳闸事故非常有效。为了限制沿线路侵入到发电厂或变电所的雷电波可在线路的终端塔再安装一组线路型避雷器。有些资料介绍安装线路避雷器的杆塔对接地不做严格要求这是不正确的，因为线路避雷器像其它防雷设施一样也是通过接地装置把雷电流泄入大地的，因而，对杆塔接地电阻，接地引下线都要严格要求。因线路上安装的避雷器不便维护，所以要尽量选用免维护的线路避雷器。

3.3采用侧向避雷针保护

对经常发生绕击的杆塔，能调整避雷线的保护角则最好。但运行的线路要调整避雷线的保护角往往很困难，而杆塔相对于档距中央来说由于电场畸变，特别容易发生绕击，经过长期的试验研究和现场摸索，我们采取了一种简易的杆塔防止绕击雷措施——侧向避雷针，具体做法是在容易遭受绕击杆塔的横担处用角钢固定在横担上，伸出边相绝缘子串约3m左右。侧向避雷针安装方便，能有效地防止绕击的发生，

需要指出的是杆塔安装侧向避雷针后其引雷效果增大，为了防止反击事故，可增加绝缘子串的片数，提高绝缘子的50%，冲击放电电压值。并要做好装侧向避雷针杆塔接地的降阻处理。实践证明，该措施能有效地防止送电

线路绕击事故的发生。

4、结束语

位于山区、多雷区的送电线路雷害事故主要是雷击杆塔或避雷线造成的反击事故。感应雷过电压对送电线路构成的危害较小。在一些特殊地段还容易发生绕击事故。因而对山区送电线路的防雷应结合雷电活动的规律，地理条件，气象条件采取针对性的防雷措施，如降低杆塔冲击接地电阻，装线路避雷器，侧向避雷针和加强绝缘等多种措施结合起来灵活运用，可以收到理想的防雷保护效果。

参考文献

1 张纬钹何金良等过电压防护及绝缘配合 [M] 清华大学出版社 2002年5月p108--112

2 李景禄、胡毅、刘春生实用电力接地技术[M] 中国电力出版社 2002年1月p53--65

作者简介

李景禄，男，1955年4月生，河南确山人，1982年毕业于华中科技大学高电压技术设备专业,现为长沙理工大学副教授，研究方向，电力系统过电压，接地技术，配电网技术等。

0731-******* 137******** E---mail: lijinglucslx@https://www.wendangku.net/doc/6b11777820.html,