浅谈输电线路防雷接地

论文“浅谈输变电线路防雷接地”第2页共10页二00四年十一月六日浅谈输电线路防雷接地[摘要]通过对江西省近几年来220KV线路跳闸进行统计分析，得出雷击跳闸的迅猛攀升是江西省线路跳闸率居高不下的主要原因这一结论。本文还就雷击跳闸的原因进行了深入地分析，并结合实际提出了一些有针对性的防雷措施。[关键词]输电线路；耐雷水平；防雷；接地0前言近几年来，我省输电线路跳闸率一直居高不下，特别是雷击跳闸现象十分突出。据统计，在近几年的线路跳闸中，因雷击导致线路跳闸的约占20-40%，占了相当大的一个比重。因此，做好线路的防雷工作，提高线路的耐雷水平，能迅速遏制线路跳闸率的持续攀升，从根本上改善我省线路跳闸率居高不下这一不利现状。笔者不揣冒昧，根据近几年来的工作经验，仅就线路防雷接地这一课题谈一点个人浅漏的看法。1线路雷击跳闸情况统计分析近几年江西省220KV线路跳闸情况见表1、表2和图1。表1：1998-2003年220KV线路雷击跳闸率统计次/100KM·Y年份1998年1999年2000年2001年2002年2003年跳闸率0.4770.3810.4770.2420.6960.402第3页共10页表2：1998-2003年220KV线路跳闸情况年份1998年1999年2000年2001年2002年2003年总次数/次14897115759297雷击次数/次20192493924比率/%13.5119.5920.871242.3924.74图1：1998-2003年220KV线路跳闸情况0204060801001201401601998年1999年2000年2001年2002年2003年总次数/次雷击次数/次比率/%从以上图表中可以看出，近两年来我省220KV线路跳闸总次数较往年相比呈下降趋势，但雷击跳闸次数却有所上升。这说明我省220KV线路跳闸情况总体来说正朝着好的态势发展，以往线路上经常发生的鸟害、污闪、树竹放电、外力破坏等故障均有不同程度地收敛；而雷击跳闸却反而在肆虐飙升，在全省的线路跳闸中占据着不容忽视的主导地位。如果能尽快降低雷击跳闸率，那么我省的线路跳闸率也很有可能会急转直下，得到有效遏制，220KV线路的安全运行水平将大大提高。因此，降低雷击跳闸率刻不容缓，势在必行！江西境内群山环绕，沟壑纵横，属亚热带湿润季风气候。四季雨水充沛，日照强烈，对流旺盛，雷电活动较为频繁，其年平均雷暴日第4页共10页为82.9d（江西省气象局最新统计数据），属多雷区。我省220KV线路多架设于山区和丘陵地带，杆塔本身又高出地面数十米，线路绵延数十公里甚至上百公里，故沿线落雷密度较大，尤其是在一些突出的山顶、向阳的山坡、顺风的峡谷、狭隘的山区、周围有小溪、湖泊或鱼塘的山丘、土壤电阻率有突变地区以及大跨越和大高差档距处更是雷电经常光顾之所，架设于这些地段上方的输电线路往往容易遭受雷击，成为雷电易击区。因此，采取各种行之有效的措施加强线路易击区的防雷保护，提高其耐雷水平，将能从根本上解决输电线路的雷害问题。2应采取的防雷措施对于线路防雷工作，应按照“层层设防，突出重点，因地制宜，兼顾财力”的原则进行，有针对性地采取各种有效措施为线路设置一道道有力的屏障，防止雷电波的侵入，提高线路的耐雷水平，从根本上降低雷击跳闸率。结合我省线路运行实际状况，提出以下防雷措施：2.1降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻是最直接、最有效的防雷措施之一。接地电阻阻值的高低是影响杆（塔）顶电位高低的关键性因素。杆塔接地电阻如果过大，雷击时易使杆（塔）顶电位升高，对线路产生反击。若接地电阻满足要求（见表3），则雷电波侵入时，绝大多数雷电流将沿着杆塔泄导入大地，不致破坏线路绝缘，从而保证线路的安全运行。表3：有避雷线架空电力线路杆塔的工频接地电阻第5页共10页土壤电阻率（欧·米）100及以下100以上至500500以上至10001000以上至20002000以上接地电阻（欧）1015202530对于一些土壤电阻率较高的高山、岩石、冻土等地带，常采用换土、敷设射线、埋设连续伸长接地体、使用降阻剂和自动降阻接地模块等方法，一般都能起到较好的降阻效果。除了改善接地电阻，还应尽量利用拉线、杆塔的金属部分、铁塔基础等做自然接地。良好的接地是线路得以安全运行的根本保障，若接地满足不了要求，雷电流就会泄导不畅，反而会使杆（塔）顶电位升高，对线路造成反击。因此，防雷与接地密不可分，难以割舍，必须协同一致，相互配合，线路防雷工作才能卓有成效。一些线路运行单位投入了大量的资金，改善了线路的接地电阻，但此后线路还是屡屡遭受雷击，经多次检查、测试才发现，故障杆段由于砼杆制造质量不良和运行年限较长等原因，杆内的钢筋已经锈断，砼杆经导通测试其阻值远远超标。因此，要想从根本上降低杆塔的接地电阻，必须做好两方面的工作：一是降低杆塔接地体处的接地电阻；二是改善砼杆内钢筋及接地装置的导通情况。要从源头上抓好砼杆的导通测试工作，在对新建线路验收时就要对全线砼杆逐基进行检测，对于内阻不合格的砼杆坚决不予挂网运行。此外，对于已运行多年的不合格砼杆，应严格按《二十五项反措》要求，从杆顶外引一根40×4镀锌扁钢，与地网连通。只有这样，才能保证雷电流能迅速泄导入大地，保护线路绝缘不受闪络。对于已运行多年的输电线路，其地网腐蚀程度在日常的巡视工作中是难以发现的。因此，必须坚持第6页共10页每年对一些重要杆段的地网进行开挖检查，对不合格的地网应及时进行改造。2.2提高线路耐雷水平，加强线路绝缘绝缘子性能的优劣将直接影响到线路的耐雷水平。线路运行单位应加强对绝缘子的全过程管理，加大对绝缘子的检测力度，严把质量检验关，防止劣质绝缘子挂网运行。对于已经挂网运行的绝缘子，应严格按照《架空送电线路运行规程》的规定定期对零值绝缘子进行检测，对不合格的应及时进行更换，并对绝缘子的劣化情况进行统计、分析，确保线路绝缘始终满足运行要求。对于一些雷击频繁地区，可采取一些有针对性的措施，适当加强线路的绝缘配合，以提高其耐雷水平。通常情况下220KV线路单串悬垂绝缘子串的绝缘子为13片，单串耐张绝缘子串的绝缘子为14片，正常情况下均能满足防雷要求。但为了进一步增强线路的耐雷水平，提高绝缘子串的50%冲击闪络电压值，每串绝缘子串可适当增加2片。实践证明，一些增加了2片绝缘子的新线路投入运行后，耐雷水平大大增强，很少发生雷击跳闸事故。2.3架设避雷线避雷线又名架空地线，是输电线路中广泛采用的一种最基本的防雷措施。避雷线的主要作用是防止雷电直击档距中导线，分流流经杆塔的雷电流，降低塔顶电位。避雷线还对导线有一定的屏蔽和耦合作用，以减小线路绝缘子上的过电压，提高线路的耐雷水平。避雷线敷设于导线上方，一般沿全线架设，保护范围成带状，最适合保护导线，第7页共10页因此常常在线路上作为防雷的主保护。一般来说，220KV及以上线路应沿全线架设双避雷线，110KV线路应沿全线架设单避雷线（雷电活动频繁地区应架设双避雷线），35KV线路一般不沿全线架设避雷线，但应在变电所进出线1~2KM架设避雷线。为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应尽量小一些，一般采用20°～30°为宜。220kV及330kV双避雷线线路为20°左右，500KV一般不大于15°。通过将架设避雷线和降低杆塔接地电阻这两种方法有机地结合起来，能最大程度地泄导直击杆（塔）顶的雷电流，避免线路发生闪络。2.4装设耦合地线对于已经架设了避雷线且经常受雷害侵袭的杆段，若接地电阻受条件限制很难降低时，可在导线下方增加一条架空地线，称为耦合地线。耦合地线虽然不能减少绕击率，但能使该基杆塔地网与相邻杆段的地网得到良好的连接，相当于埋设了连续伸长接地体，这样当雷电反击线路时能增大对相邻杆塔的分流系数和导、地线间的耦合系数，间接地降低了杆塔的接地电阻，从而保护线路不发生闪络。一些经常遭受雷击的线路在加装了耦合地线后，线路雷击跳闸率降低了40~50%左右。2.5加装负角保护针在一些山区的山腰和斜坡处的杆塔，受地形的影响其避雷线的实际保护角比设计保护角要大，边导线超出避雷线的屏蔽范围，线路存在绕击区。根据线路绕击的耐雷水平计算公式：I2=U50%/100，可得出第8页共10页雷电绕击于220KV线路时的耐雷水平仅为13~14KA。也就是说，即使是一个只有20~30KA的雷电流绕击线路时也可能会使线路发生闪络，导致线路跳闸。在防止绕击雷方面，一些单位已经做了很好的尝试。通常是在绕击雷活动频繁区段加装负角保护针，该保护针为上翘30度长约2.4m的屏蔽针，安装在线路两边相，将绕击区屏蔽掉，可有效防止雷电绕击，起到了很好的防雷效果。2.6加装线路避雷器对于一些雷电活动特别频繁且接地电阻经反复改造仍达不到要求的杆段，应广泛使用线路避雷器。它与绝缘子串并联在杆塔上，因其残压低于绝缘子串的50%冲击闪络电压，因此，当杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器和绝缘子的伏-秒特性（见图2）相互配合，避雷器就加入分流。此时，大部分雷电流经避雷器流入导线，传播到相邻杆塔，只有一小部分雷电流沿杆塔或接地引下线经雷电泄放通道泄导入大地，大大提高了线路的耐雷水平，因此能保证绝缘子不再闪络，避免了线路跳闸停电。线路避雷器在防止反击和绕击导线后对绝缘子造成的冲击闪络方面均有很好的效果，但因其价格昂贵，故运行单位应结合本地区历年来的线路雷击跳闸情况、线路所经的地形及运行经验等进行综合考虑，合理选择安装位置，以充分利用有限资金达到最佳效益。第9页共10页图2线路避雷器及绝缘子的伏-秒特性图2.7装设线路自动重合闸装置输电线路遭受雷击跳闸一般都是瞬时性接地故障，大多数情况下都能在线路跳闸后自动重合成功，因此，装设线路自动重合闸装置，能大大提高线路的供电可靠性。2.8应用雷电定位系统进行分析雷电定位系统是一种全自动实时雷电监测系统。当线路发生雷击跳闸时，雷电定位系统能准确定位雷击杆塔，帮助巡线人员及时查找故障点，大大节省巡线人员的故障巡视时间，使线路及时恢复供电，确保线路的供电可靠性。同时，通过对雷电定位系统的统计分析，能及时掌握雷电活动的规律、特性和有关数据，对于今后的防雷工作大有裨益。3结束语综上所述，线路发生雷击跳闸的原因是多方面的，以上防雷措施第10页共10页不一定都能奏效。因此在选择线路防雷措施前必须先认真查明线路遭受雷击的原因，再对症下药，采取一些有针对性的措施，防雷工作才能起到实效，线路雷击跳闸率才有可能从根本上得到控制。参考文献：[1]电力工程高压送电线路设计手册[2]DL/T620—1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[3]DL/T5092-1999P，110～500kV架空送电线路设计技术规程[4]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求