架空输电线路雷击故障查找与分析

　　祖大明

　　鄂尔多斯供电公司 内蒙古鄂尔多斯 017000

　　摘要：在实际的设计与运用中，雷电对于整体输电线路的影响主要存在以下两个方面：①在日常的电流运输中，输电线路主要是将生产和生活所需的电量运输到各个区域，这个过程中就会经过杆塔和电力运输设备，一旦杆塔和电线等电力设备受到雷电袭击就很有可能引发电线和杆塔起火、设备燃爆等安全问题；②当输电线路受到雷电影响时，被影响部位会出现电压过大、电流分离等情况，而相关设备则会由于高压而出现继电保护装置跳闸或是绝缘性材料受损等多种问题，从而引起电力系统的大面积瘫痪，引发诸多电力安全事故，因此，加强输电线路设计中的防雷技术就显得格外重要。

　　关键词：架空输电线路；雷击故障；查找与分析

　　引言

　　在我国进入21 世纪快速发展的新时期，人们的生活水平在不断提高，对于电力的需求在不断加大，许多城市的环境改善需要众多电力，城市的发展也离不开110kV 架空输电线路。中国经济快速发展对能源的需求日益增加，大型油田、矿区分散在几十千米甚至几百千米的范围内，多采用 110kV 架空输电线路。但是110kV 架空输电线路存在着许多影响因素，尤其是容易受到雷击的影响，导致110kV 架空输电线路存在着不安全的现象，容易给人员和财产造成损失。因此，对110kV 架空输电线路防雷设计措施的研究成为了热点，加强对其保护装置和防雷系统的研究，能够提高其供电可靠性，确保110kV 架空输电线路正常、稳定工作。

　　1 雷电定位分析

　　雷电定位系统（LLS）20 世纪70 年代中期由美国研制成功，20 世纪 80 年代引入我国。LLS 由若干个定向仪（DF）组成，当某地发生对地雷电时，每个DF 站各自测定方位角，然后根据三角定位原理计算雷击点，因此DF 站数量越多，分布越广，定位精度越高。故障发生后，进入雷电定位查询系统查询故障时间附近线路周边的雷电情况，一般可设置为线路周边3～5km，故障发生时间前后3～5min。正常情况下雷电监测时间与变电站故障录波器时间均与GPS 时钟同步，因此在查询结果中一般可以找到1 条或者2～3 条与故障时间基本吻合的落雷（落雷时间早于故障时间若干毫秒），同时可以看到与落雷点最近的杆塔，以此作为故障查找的依据，其雷电流值在之后的故障分析中作为耐雷水平计算的依据。建议在实际应用时直接在导出表格中查看最近的杆塔，同时将可能的落雷坐标点导入地图，与线路坐标进行比对，能准确判断故障查找范围。

　　2 架空输电线路雷击故障查找与分析

　　2.1 强电离等离子抗雷器的安装

　　ＰＬＲ等离子抗雷装置不同于多年来沿用的以避雷针为代表的“引雷人地”防雷方式，采取国际领先的雷电防护理论，运用电荷中和的原理，通过复合强电离放电产生消散电流，对雷云异极性电荷形成强有效中和，及时破坏雷电先导，消除被保护范围内的雷击现象，是一种新型防雷装置。利用雷云电场激励多重放电器在低场强和高场强下均能强电离放电，无源产生的等离子体总量为有源发生等离子体的５００倍，而消散电荷高达３０ｍＣ／ｓ、保护角大于８５。。ＰＬＲ结构简捷而结实可靠，比具有电力电子器件的有源等离子发生器具有更好的耐候性和更长的使用寿命。其轻巧的结构更适用于机动或难攀特髙目标，还适于经济和灵活地构成阵列布局，满足全方位抗雷和取代干扰抗雷运行的传统避雷针的需要。并且ＰＬＲ发散的等离子体中的正离子上升有利于大气污染净化、负离子下降有利于生物健康。适合安装在保护范围内的制高点。

　　2.2 输电线路的合理应用

　　雷电活动和产生存在较大的特殊性和必要性，因此，相关电力企业在进行线路设计和安装时，根本无法完全规避雷电风险。通常情况下，最常见的雷击区域主要有以下几个：第一，高层建筑顶端或是杆塔上面；第二，高山、丛林、湖泊、水库、水塘等水资源较为丰富的盆地区域；第三，地下水位较高或是地下水资源中含有大量的金属矿物质区域；第四，高山和平原的交界处（地貌变化、起伏较大的区域）；第五，植被生长旺盛的山丘顶部；第六，杆塔区域内土壤的电阻率较小或是本区域内出现岩石断层的地带。因此，设计者在进行输电线路设计时，就必须参考这些因素对防雷技术进行合理设计。

　　2.3 防雷设计措施

　　1）更换新型的绝缘子绝缘材料的选择十分重要，它不仅影响输电的性能，而且也能影响抗雷击的效果。所以，选择合适的新型绝缘子十分重要，必须按照实际情况去选择合适的绝缘子，要把经常遭受雷击地方的绝缘子进行一定程度的强化处理。新型的绝缘子应该采用高分子复合材料，这种材料的抗电击性比传统的绝缘子更强。采用新型绝缘子在一定程度上优化了输电线路的效率，也降低了跳闸的风险，极大降低了抗雷击的风险。2）选择合适的土壤和放置角度进行天然降压在山区进行施工放置输电设备时，一定要考虑天气、海拔等因素，以便为线路搭建和线路规划等提供便利。在施工时也要注意塔的高度和塔底的深度，也应该在其周围放置一些地电阻。要选择合适的角度去安放地电阻，因为接地电阻角度关系到抗电压的效果。对接地电阻应该避免在山和田的交界处、沼泽、湖泊、水库、峡谷的顺风口等地方安置。3）做好后期的维护工作后期的维护工作也很重要，因为在后期可能出现雷击后绝缘皮软化、分化等现象；也要对设备进行定期维护和检查，防止设备出现老化。

　　2.4 仿真分析

　　根据疑似故障点前后杆塔、导线、绝缘子和档距等信息，建立雷电绕击、反击电磁暂态仿真模型，利用电磁暂态仿真方法分析雷击跳闸原因。推荐使用电磁暂态分析软件ATP-EMTP，软件自带架空导地线、杆塔、雷电流源和绝缘子串等模块，不需要烦琐的编程环节，即可仿真模拟雷击时线路上的过电压，从而判断发生的放电现象是否与现场发现的放电痕迹吻合。仿真雷电流大小为－176.8kA 的雷电击中距某500kV 线路143 小号侧第4 个间隔棒小号方向3m 处地线时。雷击发生后13μs 时，雷击点空气间隙电压可超过10000kV，而16μs 后绝缘子串电压才可升至8000kV，因此该故障线路故障原因有可能为雷击反击导致击穿空气间隙放电。

　　结语

　　（1）当雷击杆塔时，通过全线杆塔的平衡散流，雷电流经接地网注人大地，经过接地网有效释放，塔顶和塔身电位升高在绝缘子串两端形成的反击过电压则相应降低，大幅降低了雷击杆塔时线路反击过电压导致绝缘子串发生闪络造成跳闸的可能性，研究改造后以来，未发生雷击跳闸现象。（2）通过资株线防雷研究取得了良好的效果以及重要的实践价值，为运行提供了实际数据，特别是柔性接地体的垂直渗入施工工艺，对于山地高电阻率地区杆塔降阻非常有效，可以应用到其他送出线路的防雷改造中。

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