输电线路防雷保护论文

输电线路的防雷保护
摘要：不同类型的雷击，在不同的线路所产生的感应雷过电压及直击雷过电压是不同的。

通过对不同输电线路的感应雷过电压及直击雷过电压分析，得出输电线路应有的耐雷水平。

关键词：电输线路，防雷，耐雷水平
abstract: different types of lightning, in different line produced by the induction lightning overvoltage and sings rem overvoltage is different. through different transmission line induction lightning overvoltage and sings rem overvoltage and analysis of the transmission line should have lightning resisting level.
key words: electric lose lines, prevents thunder, lightning resisting level
中图分类号：f407.61 文献标识码：a 文章编号
前言：据统计，电力系统雷害事故中，线路的雷害事故占很大比例。

线路雷害事故引起的跳闸，影响系统的正常供电，增加维修工作量，而且雷电波还会沿线路侵入变电站。

1输电线路的防雷措施
雷击暴露在空气中的架空输电线路有4种如图1所示。

分别是：雷击线路附近地面、雷击塔顶、雷击避雷线和雷击导线。

根据过电压形成的过程来分，上述4种雷击情况可分两类：感应雷过电压和
直击雷过电压。

雷击线路附近地面属感应雷过电压，另外3类属直击雷过电压。

1.1 防止雷击导线
沿线架设避雷线，雷击严重段可考虑避雷线与避雷针同时架设。

1.2 防止雷击塔顶或避雷线后引起闪络
输电线路的闪络是逆闪络（即受雷击后的塔顶或壁雷线，电位升高，不再是原来接地的零电位，此时处于高点位的塔顶或避雷线向导线放电，使过电压加到线路上）。

线路的耐雷水平（即雷击线路不致于引起绝缘闪络的最大雷电流幅值）越高。

绝缘发生闪络的机会越低。

因此，降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，加强线路绝缘，在个别杆塔采用避雷器等，均能提高线路的耐雷水平，减少闪络。

1.3 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧
当绝缘子串发生闪络后，应尽量使它不转化为稳定的工频电弧，因为如果工频电弧建立不了，线路就不会跳闸。

由冲击闪络转化稳定工频电弧的概率虽与电源容量及去游离条件等因素有关，但主要的影响因素是作用于电弧路径的平均电位梯度。

有运行经验与试验数据得出，冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率为：
,e为绝缘子串的平均电位梯度（kvr.m.s/m）。

中性点有效接地的电网时，绝缘子串的平均电位梯度为；
中性点有效接地的电网时，绝缘子串的平均电位梯度为；
ue为额定电压（kv），lj为绝缘子串长度（m），lm为杆塔横担
的相间距离（m）。

可见，采用增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式，防止建立稳定的工频电弧。

1.4 防止线路中断供电
可采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施，即使线路跳闸，也能不中断供电。

2线路感应雷过电压
当雷云接近输电线路上空时，由于静电感应，线路上将感应与雷云相等但极性相反的电荷，形成束缚电荷，而与雷云同号的电荷则通过线路的接地中性点逸入大地，对中性点绝缘的线路，此同号电荷将由线路泄露而逸入大地，其分布如图2。

此时如雷云对输电线路附近地面放电，或者雷击塔顶但未发生反击（它们之间的差别仅在于后者以杆塔代替部分雷电通道），由于放电速度很快，雷云中的电荷很快消失，于是输电线路上的束缚电荷就变成了自由电荷，分别向线路左右传播，如图3.
设感应电荷电压为u，当发生雷电主放电以后，由雷云所造成的静电场突然消失，从而产生行波。

根据波动方程初始条件可知，波将一分为二，向左右传播。

感应过电压是由雷云的静电感应而产生的，雷电先导中的电荷q 形成的静电场及主放电时雷电流i所产生的磁感应，是感应过电压的两个主要组成部分。

在导线上形成感应过电压的大小，可按有无避雷线的情况求得。

2.1 无避雷线时的感应雷过电压
根据规程的建议，当雷击点距输电线路的距离s大于65m时，导线上产生的感应过电压最大值（kv）可按下式计算：，
i为雷电流幅值（ka）；hd为导线悬挂平均高度（m）；s为雷击点至线路的距离（m）。

感应过电压的幅值与雷电流幅值i及导线平均高度成正比，与雷击点到线路的距离s成反比。

更近的雷击，则因线路的吸引而击于线路本身。

当雷直击于杆塔或线路附近的避雷线（针）时，周围迅速变化的电磁场将在导线上感应出相反符号的过电压。

在无避雷线时，对一般高度的线路，这一感应过电压的最大值（kv）可由下式计算：
u=ahd ，式计a为感应过电压系数（kv/m），其值等于ka/μs
为单位的雷电流平均陡度值，即a=i/2.6。

2.2 有避雷线时的感应雷过电压
如果线路上挂有避雷线，则由于其屏蔽作用，导线上的感应过电压降会下降。

假定避雷线不接地，在避雷线和导线上产生的感应过电压可用公式进行计算，当二者悬挂高度相差不大时，可近似认为两者相等。

但实际上避雷线是接地的，其电位为零，这相当于在其上叠加了一个极性相反，幅值相等的电压（-u）,这个电压由于耦合作用，在导线上产生的电压为kc（-u）=-kcu。

因此，导线上
的感应过电压幅值为两者叠加，极性与雷电流相反，即u’=u-kcu=(1-kc)u
上式中，kc为避雷线与导线之间的耦合系数。

如前所述，其值只决定于导线间的相互位置与几何尺寸。

线间距离越近，则耦合系数kc越大，导线上感应过电压越低。

3输电线路的直击雷过电压
电网中的事故以线路雷害占大部分。

雷击线路，沿线路入侵变电站的雷电波又是造成变电站事故的重要因素。

3.1 无避雷线时的过电压及耐雷水平
当雷直击导线后，雷电流便沿着导线向两侧流动，假定z0为雷电通道的波阻抗，z/2为雷击点两边导线的并联波阻抗。

若计及冲击电晕的影响，可取z=400ω，z0近似地取为200ω，则雷电点电压为：，雷击导线过电压与雷电流的大小成正比。

如果此电压超过线路绝缘的耐受电压，则将发生冲击闪络。

由此可得到线路的耐雷水平为。

3.2 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平
当雷击线路杆塔顶端时，雷电流i将流经杆塔及其接地电阻rch 流入大地。

由于感应过电压的极性与塔顶电位的极性相反，因此，作用于绝缘子串上的电压为：
，
如果此值大于绝缘子串的50%雷电冲击放电电压时，塔顶将对导线产生反击。

在中性点直接接地的电网中，有可能使线路跳闸，此
时线路的耐雷水平为：，当大于绝缘子串u50%冲击放电电压时，第二相导线也发生反击，形成两相短路，有可能引起跳闸，由此得出线路耐雷水平为：。

3输电线路的直击雷过电压
电网中的事故以线路雷害占大部分。

雷击线路，沿线路入侵变电站的雷电波又是造成变电站事故的重要因素。

3.1 无避雷线时直击雷击过电压
3.1.1 无避雷线时的过电压及耐雷水平
当雷直击导线后，雷电流便沿着导线向两侧流动，假定z0为雷电通道的波阻抗，z/2为雷击点两边导线的并联波阻抗。

若计及冲击电晕的影响，可取z=400ω，z0近似地取为200ω，则雷电点电压为：，雷击导线过电压与雷电流的大小成正比。

如果此电压超过线路绝缘的耐受电压，则将发生冲击闪络。

由此可得到线路的耐雷水平为。

3.1.2 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平
当雷击线路杆塔顶端时，雷电流i将流经杆塔及其接地电阻rch 流入大地。

由于感应过电压的极性与塔顶电位的极性相反，因此，作用于绝缘子串上的电压为：
，
如果此值大于绝缘子串的50%雷电冲击放电电压时，塔顶将对导线产生反击。

在中性点直接接地的电网中，有可能使线路跳闸，此
时线路的耐雷水平为：，
当大于绝缘子串u50%冲击放电电压时，第二相导线也发生反击，形成两相短路，有可能引起跳闸，由此得出线路耐雷水平为：。

3.2 有避雷线时直击雷过电压
3.2.1 雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平
根据规程建议：
对于平原地区：，
对于山区地区：，pa为绕击率，h为杆塔高度（m），a为保护角（°）。

2 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平
避雷线与塔顶相连，所以避雷线也将具有相同的电位，避雷线与导线之间存在耦合，极性与雷电流相同，因此，作用在绝缘子串的这一部分电压为：
，βg为分流系数。

导线上的感应电压为：，
所以耐雷水平为：。

计算雷击塔顶时在导线上出现的感应过电压，应为无避雷线时的感应过电压叠加有避雷线
3 雷击避雷线档距中央的过电压及其空气间隙
根据我国规程规定，在档距中央，导线和避雷线之间的空气距离是s（m）应为：
s≥0.012l+1，l为档距（m）。

结语：本文的着重点是分析输电电路受雷击后的感应雷过电压及直击雷过电压，针对不同的雷击类型，对架设有避雷线及无架设避雷线的输电线路进行比较分析，来说明防雷措施的必要性。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。