35千伏防雷

35kV输电线路防雷（荆门电力勘测设计院吴静）摘要：分析荆门35kV输电线路现状，对雷电进行概述，提出输电线路防雷思想，结合实际总结35kV输电线路防雷措施。关键词：35kV输电线路雷击过电压防雷措施一．荆门35kV输电线路现状十月份，荆门电力勘测设计院对钟祥、京山、沙洋等十条35kV线路改造进行设计。这些线路基本都是上世纪70年代投运的，线路运行时间较长，在风吹日晒下，大部分导、地线严重锈蚀氧化、绝缘子劣化率不断上升、杆塔风化严重，导致35kV线路在雷雨天气时，多次遭受雷击发生导线断股断线和瓷瓶破裂等情况，导致断路器跳闸，对居民用电造成影响，对电网的安全运行造成威胁。下表为其中的一条麻城变至沈集变35kV输电线路自2006年以来的故障情况。序号发生时间保护动作情况故障情况故障原因恢复时间12006年7月15日过流动作，重合不成功23#-24#杆导线断裂雷击2006年7月16日22008年9月15日过流动作，重合不成功32#杆B相导线断裂雷击2008年9月16日32006年8月4日过流动作，重合不成功35#杆B相瓷瓶破裂雷击2006年8月4日42007年10月9日过流动作，重合不成功42#杆B、C相瓷瓶破裂雷击2007年10月10日52008年5月2日过流动作，重合不成功41#杆B相瓷瓶破裂雷击2008年5月3日62008年9月2日过流动作，重合不成功25#杆C相瓷瓶破裂雷击2008年9月2日72009年8月26日过流动作，重合不成功29#杆B相瓷瓶破裂雷击2009年8月27日82010年8月3日过流动作，重合不成功31#杆B相瓷瓶破裂雷击2010年8月4日从上图可以看出，雷击是造成线路跳闸停电事故的主要原因。35kV架空输电线路是电力系统的重要组成部分，由于35kV输电线路线长点多,输送距离远,长期暴露在旷野或高山上,且跨越地形复杂多变,极易受到外界的影响和损害，其中最严重的影响便是雷击。35kV架空输电线路遭遇雷击时，很容易发生导线断裂、瓷瓶破裂等情况，造成线路断路或接地短路等故障，产生强大的放电电流，导致线路断路器跳闸停电。同时，雷击线路行成的雷电过电压波，沿线路传播侵入变电站也是危害变电站设备安全运行的重要因素。因此，我们在线路设计时尤为注重防雷设计，采取有效线路防雷措施降低线路的雷击跳闸次数，确保电网安全运行。二．雷电基本概述我们要采取有效地防雷措施降低35kV线路的雷击跳闸率，首先必须了解雷电的形成、雷电过电压的分类。1.雷电放电过程（1）雷云的形成：在雷雨季节，太阳使地面部分水分汽化，同时地面空气受热地面的作用变热上升称为热气流，上升的热气流遇到高空的冷空气时，水蒸气就会凝结成为小水滴而形成热雷云。（2）雷云带电：雷云的带电是综合性的，云中水滴被强气流吹裂时，较大的水滴带正电，较小的水滴带负电，小水滴同时被气流携走；另外，云中水滴在凝结时，冰粒会带正电荷，没有结冰的水滴带负电荷。因此，云中各部分带不同的电荷。雷云带电的过程也可能是和水滴吸收离子、相互撞击或融合的过程有关。（3）雷云放电：雷云放电主要是云间或是云内进行，只有一小部分是对地发生，而对地放电危害对大。雷击放电的一般过程包括先导、主放电和余辉三个阶段。①先导阶段主要是形成放电通道；②主放电阶段会产生强烈的电荷中和过程，出现极大的电流，主放电过程达到云端时就基本结束了，虽然功率很大，但雷电产生的能量很少；③余晖阶段，云中残余电荷经过主放电通道流向大地，云中多余的电荷主要是在余晖阶段流向大地，造成强大的电流，地面建筑物损害极大。2.雷电分类（1）根据雷击过电压形成的物理过程，雷电过电压可以分为直击雷过电压和感应雷过电压。（2）直击雷过电压为雷电直接击中杆塔，避雷线或导线引起的线路过电压；运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害最大。按照雷击线路部位的不同直击雷过电压又分为两种情况。一种是雷击线路杆塔或是避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高，当雷击点与导线间的电位差超过导线绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压，因为杆塔或是避雷线的电位（绝对值）高于导线，通常称为反击雷过电压；另一种是雷电直接击中（无避雷线）或绕过避雷线击中导线，直接在导线上引起过电压，通常称之为绕击雷过电压。（3）感应雷过电压是雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压，感应雷过电压对35kV及以下绝缘水平较低的线路破坏较大,常引起绝缘故障,影响线路的正常运行。感应雷过电压包括静电感应和电磁感应两个分量，主放电开始后，先到通道中的负电荷自下而上被迅速中和，相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速释放，由于主放电速度较快，所以导线中的电流很大，即形成向导线两侧运动的静电感应过电压波，这种过电压就是感应过电压的静电分量；在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场，磁场与导线相交时，则会在导线上感应出一定的电压称为感应雷击过电压的电磁分量。感应雷过电压电磁分量很小，一般只考虑静电分量。反击的特征：杆塔的耐雷水平很低；接地电阻大，同一杆塔有多相闪络；闪络杆塔在易受雷击地区，历年落雷频繁；相邻的杆塔可能同时闪络(但不同相)。绕击的特征：杆塔处于易受雷击地区，历年落雷频繁；杆塔的耐雷绝缘水平很高；接地电阻很小，同一杆塔发生多相闪络；一基杆塔或相邻两基杆塔的顶相或同一边相闪络；山区较高的杆塔，相邻两基中相或边相闪络。三．输电线路防雷性能指标输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。耐雷水平是指雷击时,线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值(KA)，耐雷水平越高，线路耐雷性能越好。当雷电流大于线路耐雷水平时，线路绝缘闪络，导线上的运行工频电压就有可能在冲击闪络通道上建立工频电弧，使继电保护装置动作，线路断路器跳闸。输电线路的雷击跳闸率n是指雷电活动强度折算为每年40个雷暴日、线路长度折算至100km的条件下,每年雷击引起线路跳闸的次数,即次/(100km·年)。因此，输电线路防雷保护的任务在于根据技术经济比较,采取合理的防雷措施以满足有关规程规定的耐雷水平值的要求,尽量降低雷击跳率。四．35kV线路防雷思想在进行35kV线路改造设计时，要提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率。经上面对雷击过电压的产生以及分类概述。35kV线路在防止直击雷过电压时，要做到好“四道防线”，将雷电过电压进行抑制和疏导至地,在一切进雷通道上采用引、泄、堵、消、防、避等措施，确保电力设施的安全运行。（1）防直击，就是使输电线路不受直击雷，采取措施是优化防雷设计，线路架设避雷线和避雷针、有架空线路改用电缆线路等。（2）防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络、采取的措施是加强线路绝缘水平、降低杆塔的接地电阻、增加耦合和分流（双避雷线、耦合地线）、采用氧化锌避雷器等。（3）防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧，采取的措施是系统中性点采用非有效的接地方式（消弧线圈接地方式）、增加绝缘子片数等。（4）防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应，采取的措施是装设自动重合闸装置、环网供电、双回路线路采用差绝缘方式等。35kV输电线路防止感应过电压时，架空输电线路应该架设避雷线，雷击线路附近大地时，避雷线可以起电磁屏蔽的作用，避雷线与大地相连保持地电位，可以看做一部分“大地”引入导线的近区。对于静电感应，其影响是增大导线对地电容从而使导线对地电位降低。对于电磁感应，其影响相当于在导线-大地回路附近增加了一个地线-大地的短路环，因而抵消了一部分导线上的电磁感应电动势。这样避雷线中的屏蔽效果是降低了导线上的感应过电压。五．35kV线路防雷措施通过35kV线路“四道防线”的防雷思想，我们要从实践出发，综合选择架设避雷线和避雷针、安装避雷器、加强线路绝缘水平、降低杆塔的接地电阻、架设耦合地线、采用消弧线圈接地方式、装设自动重合闸装置、双回路线路采用差绝缘的方式等防雷措施，提高线路的耐雷水平，降低线路雷击跳闸率，保证安全供电。（1）合理的选择路径合理的选择路径是防止雷害的根本措施。线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段，这些地段我们称之为易击区，架空线路若是能够避开易击区或对无法避开易击区的线路加强保护，则是防止雷害的根本措施。在下面几个地段容易遭受雷击：①雷暴走廊，如山区风口及顺风的河谷等②四周都是三丘的潮湿盆地③土壤电阻突变的地带，两个不同土质交界处等（2）架设避雷线避雷线防止雷击的主要原理为：雷云放电使地面电场畸变，在避雷线上形成局部场强集中的雷电先导放电，使雷电对避雷线放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使保护物免遭雷击，可以防止雷电直接击中被保护物体。避雷线也可以起分流作用，减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位，通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压，对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。在架设避雷线时，避雷线和边导线的连线间所组成的夹角为保护角，保护角越小，避雷线保护的范围就越大，避雷线就越可靠地保护导线免受雷击。为减少保护角，可提高避雷线的悬挂高度，但是这样势必加重杆塔结构，增加造价，在经济和可靠结合下，避雷线的保护角一般在20~30。在雷电重区或山区，也可采取双根避雷线进行保护，双根避雷线的保护距离大于两个单根避雷线的保护，可以更可靠的对导线进行保护，为了减小两侧导线的保护角，可以将两根导线适当的向外移动，但是两根避雷线的距离不超过避雷线与中间导线高度差的五倍。35kV中性点绝缘系统的线路绝缘强度一般不高，实际上任何一次击中架空地线的雷电，都可以引起从地线到导线的反击，因此在这些线路上采用避雷线是不合适的，一般只在进出变电站站两端安装一小段。（3）安装避雷针避雷针与避雷线的作用原理一样，安装避雷针也是架空输电线路的一种防雷措施。但却存在如下问题:①保护范围不确定。避雷针因侧击雷、绕击雷,造成事故的较为平凡,到目前为止，其保护范围是不十分肯定的。②无法达到有效屏蔽。因避雷针具有引雷作用,雷击次数就会提高,当雷电被吸引到针上时,强大的雷电流沿针而流入大地过程中,雷电流周围形成的磁场会产生强大感应过电压。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰不能达到有效屏蔽,使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。③反击的危害。当雷电被吸引到避雷针上,将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置,此时针和引下线的电压很高,若针和被保护物之间的距离小于安全距离时,会由针及引下线向被保护物发反击,损坏被保护物。我国国标规定针距被保护物的空气中距离≥5米,针距被保护物的接地装置间的地中距离Sd≥3米,④电磁感应问题。强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中,会在周围产生强大的电磁场,使微波通信、计算机等设备产生误动。甚至引起微电子设备的失灵与损坏。受雷击的针及引线,在高频雷电流作用下,将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩散时,在入地点沿半径各点形成不同的电位,若跨入该区域会产生很高的跨步电压，对人身安全造成威胁。用避雷针来保护架空输电线路是不经济的，一般较少采用，除非是在雷害特别严重又不能架设避雷线的路段或变电站进出线段未设置避雷保护线，而该段线路经过地区的土壤电阻率又不高时，我们才采用。（4）装设避雷器避雷器可以防止沿输电线路侵入变电站的雷电过电压波，避雷器是一种普通采用侵入波保护装置，是一种过电压限制器。主要是用来限制由线路传人的雷电过电压的幅值。后来也可用来限制某些小能量的操作过电压。随着电力系统的发展，雷击输电线路而引起的事故也日益增多。为了减少输电线路的雷电事故，提高供电可靠性，人们提出了用避雷器来减少线路雷击事故和深度限制操作过电压的要求。近年，国内外开展了应用氧化锌避雷器来降低雷击事故的研究，并已经成功的将避雷器应用到线路上，将复合外套避雷器安装到线路雷电活动强烈或者土壤电阻率和高、降低杆塔接地电阻有困难的线路，以提高线路的耐雷水平。采用线路避雷器，当遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临其它杆塔，一部分经本塔体入地，当雷电流超过一定数值后，避雷器动