大连供电公司高压架空输电线路雷击跳闸分析及防范措施

大连供电公司高压架空输电线路雷击跳闸分析及防范措施

近年来，我公司高压架空输电线路雷击率居高不下，严重影响了我公司的输电线路供电可靠性，并发生了多起线路落雷导致的变电所内设备事故，尤其是2007年，连续发生两起因线路连续落雷导致的220kV开关爆炸事故，对大连电网、设备的安全可靠运行构成严重威胁。因而如何提高线路的耐雷水平、降低线路的雷击跳闸率、避免雷击设备损坏事故已成当务之急，此项工作得到了局领导的高度重视。

一、线路雷击跳闸的基本情况

我局从1990年至今，雷击跳闸的线路80条（含农电10条），共跳闸181次（农电48次），雷击跳闸较多的（5次及以上）线路有10条，分别是220kV庄宝线、66kV黄沙左右线、安碧线、庄山线、庄青线、台青南线、营青线、庄蓉线、荣桂线、庄光线，其中庄青线、台青南线、营青线、庄蓉线、荣桂线、庄光线为农电线路。

近几年雷击跳闸频繁的供电线路有220kV庄宝线、66kV黄沙左右线、岔红线、宝复左右线、东复线、松岭线、普矿线、岔瓦线和水太线。所有线路历年（1990年以后）的雷击跳闸情况详见附件一《高压架空输电线路雷击跳闸明细》。

从雷击跳闸率看，我公司近年来的雷击跳闸率一直比较高，2007年500kV 雷击跳闸率0.24/百公里.年.40雷电日，220kV为0.62次/百公里.年.40雷电日，66kV为0.48次/百公里.年.40雷电日，220kV和66kV线路雷击调整率大于规程0.3次/100km.a的要求，比2006年有所上升，2004年、2005年的雷击跳闸率与2006年相当，也均高于规程要求。

二、大连地区雷电活动分析

根据大连市气象局统计数据，大连地区近年来的平均雷暴日数为20天左右，2007年度为有记载以来的最高值，最大雷暴日数为31天，按照雷电活动区域划分标准为中雷区（15-40天），即雷电活动属于中等水平，即雷电活动要低于雷电活动频繁的江南，华南以及西南的大部分地区的多雷区，但是从近年来的线路雷电跳闸情况看，大连地区的雷电活动有增长的趋势。

2007年5月，省公司在全省范围内安装了雷电定位系统，通过雷电定位系统监测到了2007年6月份至今的雷电数据，从年度统计结果看，从雷电活动数据看，2008年总雷电次数为34104次，而且大多集中在5、6、7、8月份，尤其在6、7月份雷电密度较大，2008年大连地区的雷击跳闸线路大多发生在该时间段。年度最大雷电流422.4kA，从雷电流幅值概率直方图看，雷电流25～50kA 的概率较高。

依据雷电定位系统数据绘制的大连地区雷电密度分布图（仅依据一年多的雷电数据绘制，通常积累3年以上的雷电数据才能得到较好的气候代表性），可以看出雷电活动密集的地区有瓦房店的市区、复州湾镇周围；金州的得胜、七顶山、大魏家地区；市内南关岭周围；庄河的蓉花山、青堆、明阳等地区。雷电放电涉及气象、地形、地质等许多自然因素，具有一定的随机性，但是从雷电密集地区看，有一定规律可循，多为空旷山区丘陵地带、周围环山的低洼地带、盐滩、矿藏等特殊地质的地区，应重点防范处于上述地区的送电线路。

三、线路雷击跳闸基本原理

在对雷击跳闸基本原理前，首先简要介绍一下雷电放电的基本过程。雷电对地放电的基本过程是这样的：带负电荷雷云在大地上感应出大量的正电荷，这样在雷云和大地之间形成了强大的电场，当局部电场强度超过大气游离场强时，就开始有局部放电通道自雷云边缘向大地发展，形成先导放电，先导通道发展到临界地面时，由于局部空间电场强度的增加，常在地面突起处出现的正电荷向天空发展，形成迎面先导，迎面先导与先导放电相遇后，正、负离子迅速中和，形成雷电放电的主放电过程。

雷电时，处于空旷地带的高压架空输电线路杆塔使电场畸变，容易产生迎面先导，导致雷电放电，在输电线路上产生雷电过电压。还有另外一种情形，即雷击中架空线路附近大地，通过电磁感应在架空线路上引起感应过电压，但是感应过电压只对35kV以下的线路有威胁。

雷击线路产生过电压有两种情况，一

种是雷击中杆塔或避雷线时，巨大的雷电

流通杆塔流入大地瞬间，由于杆塔接地电

阻的作用，在杆塔或避雷线上产生很高的

过电压，当电压超过线路绝缘的冲击放电

电压时，会对导线发生闪络，使导线出现

过电压，此时塔顶电位比导线电位高得多，

引起绝缘子串闪络，发生反击。另一种是

雷电直接绕过避雷线击中导线，直接在导线上引起过电压，即发生绕击，下面借助雷击线路的电气几何模型予以说明，如左图所示。图中，s代表避雷线，c代表导线，BiCi是以s为圆心展开的圆弧（保护弧），CiDi是以c为圆心展开的圆弧（暴露弧），DiEi为平行于底面的平面（大地捕捉面），三者随着雷电流的加大不断向外向上扩展，三者交点形成中间阴影区域，此区域为屏蔽失效区，即雷电先导落入此区域时，发生绕击。在此区域以上，雷击避雷线，在此区域以下则击中大地。由图一可见，如果杆塔高度增加，阴影下面的弧线必然向下平移，阴影面积加大，因而绕击范围加大，提高了绕击率；同理，地面倾角加大绕击范围加大，这就是了高杆塔或山区线路绕击跳闸率的较高的原因。另外，从图中可以看出绕击率与雷电流幅值的大小有关，幅值低

的雷电流具有较大的绕击率，幅值高的雷电流具有较小的绕击率。

雷电过电压下，导致线路雷击跳闸需要具备双重条件，首先雷击电流必须超过线路的耐雷水平，引起线路绝缘发生冲击闪络，但是它的持续时间只有几十微秒，线路开关还来不及跳闸，因此只有同时满足第二个条件：冲击闪络继而转为稳定的工频电弧，才能会导致线路跳闸。

对于220kV及以上电压等级线路为直接接地系统，因雷击引起单相电弧接地时线路立即跳闸；66kV线路为非直接接地系统（经消弧线圈接地），雷击引起的单相电弧接地不会引起跳闸，只有发展为两相或多相接地才能引起线路跳闸。四、线路雷击跳闸原因分析

由于感应雷只对35kV及以下的架空线路有影响，因而66kV及以上高压架空输电线路雷击跳闸是大多由直接雷引起的，即反击和绕击引起的。

雷击跳闸时，需要对分析线路绝缘子击穿的原因进行分析，是雷电过电压反击还是绕击造成线路绝缘子的击穿，因为同一电压等级的线路，反击和绕击的耐雷水平是不同的，例如220kV线路，反击的耐雷水平为75kA—100kA，而绕击的耐雷水平只有12kA。

这里对附件三《雷击跳闸率统计表》中历年的雷击跳闸的原因进行归纳分析，如下所述：

1、66kV线路为单塔多相（两相或三相）同时被雷击时是由反击引起的，因为雷击杆塔或避雷线时，巨大的雷电流导致杆塔电压迅速升高，当达到绝缘子50%闪络电压时导致两相或三相绝缘子同时被击穿。

例如：

2006年8月1日，66kV新明线#135上线（A相）下线（C相）绝缘子被雷击穿。

2005年8月11日，66kV普矿线#17三相绝缘子被雷击穿。

2、对于66kV线路多个杆塔线路绝缘子同时被雷击，是由高幅值雷电流的雷云对杆塔或避雷线放电形成反击引起的，当然多个杆塔被雷击可能不是同时发生的，有可能某个杆塔被雷击先形成单相接地，而后其他杆塔又遭受雷击发展为两相接地。例如：

2004年8月3日，66kV东复线速断动作，发现52#右线（C相）大号侧第1

片瓷瓶被雷击，62#三相瓷瓶被雷击，87#左线（A相）第1、2、5片瓷瓶被雷击。

3、对于相邻杆塔同相绝缘子被雷击，是由于低空雷云对绕过避雷线对导线放电——绕击，雷电波从雷击点向两个方向同时传播，从而导致被雷击导线相邻杆塔同相导线绝缘被击穿，例如：

2002年6月3日，220kV和吴乙线遭受雷击，导致两个相邻杆塔（#9和＃10）的同一相别（上线、B相）合成绝缘子击穿，这是典型绕击造成的线路雷击跳闸事故。

2001年11月22日，66kV龙岛线#69、#70上线（C相）各有1串绝缘子被雷击穿。

2001年8月17日，66KV江李线#34—#35A、C相导线雷击烧伤。

4、对于220kV单个杆塔单相导线绝缘子被雷击是反击还是绕击引起的要结合据具体情况具体分析。

对于垂直排列的下线和水平排列的中线绝缘子被雷击，是反击引起的，例如：2005年8月6日，220kV东庄线00时56分#190C相（中线）悬垂绝缘子串上的消弧角、消弧环遭受雷击。

1991年10月5日，220kV庄宝线#126中线（A相）绝缘子被雷击穿。

对于220kV线路上线（或外线）绝缘子被雷击的情况有可能是绕击引起的，例如：

2006年10月13日22时35分，220kV庄宝线78#左线B相绝缘子有4片雷击。

通过以上反击和绕击的绝缘子击穿的规律分析，附件三中66kV雷击跳闸线路的雷击类型以反击为主，220kV及以上线路的雷击类型则以绕击为主。

五、防雷措施

为了减少雷击对输电线路安全运行的影响，必须对易发生雷击的跳闸线路做防雷保护措施。

通常对于雷击类型为反击的线路，多以架设避雷线、降低杆塔接地电阻、线路绝缘子调爬等措施为主，对于雷击类型为绕击的线路加大避雷线的防护角度为主。

目前输电线路本身的防雷措施主要依靠架设在杆塔顶端的架空地线，运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造，由于大连地区山地较多，土壤电阻率较高，单纯改造杆塔接地效果不良，无法达到防雷要求。而以前所推行的安装耦合地线、增强线路绝缘水平的防雷措施，受到一定的条件限制而无法得到有效实施，如通常采用增加绝缘子片数或更换为大爬距的合成绝缘子的方法来提高线路绝缘，对防止雷击塔顶反击过电压效果较好，但对于防止绕击则效果较差，且增加绝缘子片数受杆塔头部绝缘间隙及导线对地安全距离的限制，因此线路绝缘的增强也是有限的。而安装耦合地线则一般适用于丘陵或山区跨越档，可以对导线起到有效的屏蔽保护作用，用等击距原理也就是降低了导线的暴露弧段。但其受杆塔强度、对地安全距离、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素的影响，因此架设耦合地线对于旧线路不易实现。

为此，迫切需要采取一些新的技术措施来提高线路杆塔的耐雷水平，以减少雷击跳闸率。随着合成绝缘材料在防雷技术上的应用和发展，许多国家如美国、日本等，将避雷器安装在输电线路的易击段，以提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。

我公司在2002~2004年间，对发生多次雷击的220kV和吴乙线和66kV安碧线、水青左线、水青右线、水青左线新启屯分、沙青北线、沙青南线、青主左线、青主右线共9条线路安装了线路避雷器，共133支（其中66kV线路避雷器128支，220kV线路5支），运行至今线路避雷器共动作247次，除安碧线05年跳闸一次外（被雷击的#75杆塔没有安装避雷器），其他安装避雷器的线路没有发生雷击跳闸事件。因而从线路避雷器的动作情况和安装避雷器线路的雷击跳闸情况看，安装线路避雷器是行之有效的防雷措施。

在易遭雷击的杆塔安装线路避雷器既可以释放雷电雷电流、降低雷电过电压，避免雷击跳闸，又可以防止雷电过电压侵入所内，避免所内设备绝缘事故，对防止绕击和反击均可以起到十分良好的作用。

五、2009年防雷工作规划

对近年来雷击跳闸频繁的220kV庄宝线和66kV黄沙左右线、岔中左右线、

高金左右线、宝复左右线易遭雷击的杆塔安装串联间隙氧化锌避雷器，降低上述线路的雷击跳闸率，提供供电可靠性，延长开关大修周期，避免雷击引起断线、掉串事故。

确定线路避雷器安装点的指导思想：

1）线路参数及线路的运行经验。

2）线路途经的地形、地貌。现场勘察线路经过的地段，特别对经过鱼塘、河流及山地等地段的杆塔优先考虑。

3）线路杆塔周围的临近效应。

4）结合2007年大连地区雷电密度分布图，对处于雷电活动密集区的杆塔安装避雷器。

5）结合交通条件，确定线路避雷器安装的最佳地点。

依据以上定点原则，已完成了220kV庄宝线和66kV黄沙左右线、宝复左右线每条线路进行了现场勘查，确定安装线路避雷器的杆塔明细如下：

1、在220kV庄宝线#1、#15、#27、#28、#51、#53、#60、#6

2、#6

3、#78、

#119、#126、#161、#162、#163、#169、#179、#180、#183、#184、

#207、#211、#230、#235共24基杆塔加装40支串联间隙氧化锌避雷

器。

2、在66kV宝复左右线#35、#54、#55、#71、#72、#124、#125、#157

共7基杆塔加装30支避雷器。

3、在66kV黄沙线#59、#78、#82、#89、#124共5基杆塔加装20支避

雷器。

下一步的主要工作是66kV高金左右线、龙岛线、松岭线的防雷措施调研工作。

大连供电公司生产技术部林春清

2008年3月