高压输电线路防雷性能计算方法的比较

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摘 要：高压输电线路防雷问题是个一个综合的技术问题，在确定线路的具体防雷措施时，应根据线路的电压等级、系统运行方式、负荷性质、当地的地形地貌特点、土壤电阻率的高低、雷电活动的强弱等相关条件来确定。

关键词：高压输电线路;防雷;相关条件

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.137

1 概述

结合多年电力线路模拟实验、运行经验和现场实测都能验证，雷电绕过避雷线击中电力线路的概率与杆塔高度、避雷线对边导线的保护角以及线路经过地区的地质条件、地貌、地形等因素相关。

2 计算方法的简介

电力输电线路的防雷性能分析在综合考虑以上因素的基础上，计算方法也是一个很重要的因素，规程法，是一种比较简单那得计算方法，是把电力线路中的杆塔看成一等值电感杆塔上各点的电位大小都相等。所以，当雷电击中杆塔顶部时，如果没有考虑雷电流的过程，地面倾角和雷电流大小相对于屏蔽效果的影响，所以不能正常体现电力线路的实际情况，没有办法解释绕击率过大的现象和屏蔽失效的现象。常见的行波法是把电力杆塔的每一段看做线路段，将分布参数的路段化成不同的数据类型，利用行波法计算各节点电位，把求得的绝缘子串之间电位差对于时间的变化规律，对比其伏特性，以判别绝缘子有无闪络，计算的过程体现出雷电波在杆塔上的传播过程，以及反射波对杆塔各节点的影响，计算出比较精确线路反击跳闸率，但是计算量大，考虑因素复杂。击距法对实际杆塔的屏蔽效果进行计算和验证。它是建立在击距概念基础上的电气集合模型分析法，电气几何模型是把雷击机理作为根本，将雷击线路的过程纳入其中，引入了雷电流最大值与绕击率相关的观点，完全考虑雷电参数和线路结构对绕击率的影响。

在最近的电力系统的防雷设计中，主要的计算方法有击距法和规程法。规程法主要在分析线路屏蔽性能时缺陷比较大，所以还采用电气几何模型（EGM法）来分析电力线路的绕击跳闸率。在计算线路反击跳闸率时，应用规程法考虑的因素不多，所以很多因素都省略了，其中忽略了雷电流陡度。当采用行波法计算线路的反击跳闸率时，则考虑了杆塔冲击接地电阻、雷电流陡度、地形、杆塔塔头尺寸等因素，本论文同时采用规程法和击距法计算线路雷击跳闸率的方法。目前，在我国分析电力线路防雷性能的方法主要有电气几何模型法、、规程法、概率论法等。故综合从以上几个方面考虑：在能反映线路雷击情况的条件下，力争能够比较全面，实际地与实际运行经验相符。

3 影响因素

高压输电线路的路径一般都有气象条件较为复杂、杆塔类型繁多、地形、高差较大等特点。在线路早期的规划设计中，较多地采用规程法计算得绕击率，这是按照山区地形计算，因为高压线路途径地形繁杂;但对于击距法，避雷线、导线的平均高度的计算远大于平原地区，对于雷击地面为平原地区的2倍以上，当地面倾角从0°增加到30°时，雷电击中地面的距离也是增长2倍。所以，在高压线路运用击距法时，地面倾角为30°主要针对绕击跳闸率的计算。

在各种型式的杆塔中，ZM214A型杆塔的绕击跳闸率最高，远远大于其它杆塔，原因在于ZM214A型塔的屏蔽角为10.87°;在直立式塔中，ZM214A型塔的屏蔽角是最大的，比ZM3、ZM212A、ZM213A、ZM52、ZM7、ZM51都大，并且ZM214A型塔的高度最高，呼称高为51m，塔头高15m，总塔高就达到了66m，ZM214A型塔的屏蔽角虽比转角塔的最大屏蔽角小，但它的高度却远比转角塔ZMJ1、JT31、JT32高出许多，转角塔最大呼称高为30m，塔头14.2m。在本次设计中，计算结果都是运用击距法计算的绕击跳闸率为地面倾角为30°时得出的。

（1）地面倾角。如果杆塔呼称高不同时，地面倾角影响的绕击跳闸率。如果增大地面倾角，绕击跳闸率将呈非线性增加，当地面倾角为0°时，对绕击率的影相非常小，通过计算，根据数据显示，绕击率几乎无变化;随着地面倾角增大，绕击跳闸率增加的倍率不断变大。击距法中计算绕击跳闸是采取地面倾角为30°计算的，通过地面倾角为0°和30°的比较，很明显的看出，地面倾角对绕击跳闸率的影响是一个不可忽视的因素。从图1中还可以看出，随着呼称高的增加，绕击跳闸率增大，这进一步说明了绕击跳闸率受地面倾角和呼称高的影响;（2）保护角。避雷线对边导线的保护角，其实质表现了地线的屏蔽作用。这一效应在电气几何模型法中能够用地线垂直平分线与导线的位置来表示。保护角越大，绕击区加大，垂直平分线斜率增加，将使绕击数上升。较为常见的是根据计算当°时，绕击率将会明显上升。这与在规程法中，随着保护角增大，绕击跳闸率增大是一致的;（3）杆塔高度。如果杆塔高度增加，绕击数也会上升。并且当杆塔高度增加，地面屏蔽效应减弱，杆塔高度较大时，绕击率会趋于饱和，这就等于抛物线的相对位置有所改变。如果绕击区增大，会使更多的雷电击不中地面而击中电力线路。而如果杆塔高度达到一定水平时，地面的屏蔽作用会变得很小，基本上低于垂直平分线以下区域的雷电都能击中电力导线。因此，绕击数将基本上为饱和状态，不再随杆塔高度上升而增加。所以结合减少绕击的目的，应尽量减少降低杆塔高度和保护角。当杆塔高度增加同样大小时，绕击的变化将远超过反击的变化，也就是呼称高对绕击的影响比对反击的影响更大。在相关的图形中，呼称高曲线与反击跳闸率近似呈线性关系，绕击跳闸率与杆塔呼称高的关系近似为斜抛物线。绕击跳闸率在杆塔呼称高超过35m，上升速度很快;（4）其它因素。据相关资料分析，发现档距对绕击跳闸率的影响也很大，据统计，档距对反击跳闸率影响微乎其微，甚至不影响，对绕击跳闸率的影响很大，随着档距的增大，绕击跳闸率下降很快，档距在400m以前，下降的速度比档距超过400m后的下降速度大，而反击跳闸率变化趋势平缓，基本上为一直线。由此可得：档距影响绕击跳闸率比影响反击跳闸率大得多。

影响绕击跳闸率的因素还有波阻抗和线路绝缘水平等。小雷电流在自然界中所占较大比例，击中线路的雷电流幅值及线路总的落雷数的分布情况都应该与杆塔结构有关。满足引起绕击的最小雷电流的表达式为：kA。线路绝缘的与绕击耐雷水平关系密切，如果提高线路的绕击耐雷水平，则绕击中跳闸率将会下降。因此，从减少绕击事故，降低绕击跳闸率的观点出发，应该增加绝缘子片数。

4 线路防雷的改进措施

（1）对于用击距法计算绕击率结果比用规程法计算绕击率大几十倍的杆塔，应该采取降低杆塔高度。避雷线对边导线的保护角一般采用20°-30°。两根避雷线相对于杆塔的距离，应不超过导线对于避雷线间5倍的垂直距离;（2） 针对雷电活动增强，雷击跳闸反击 出现几率较高，而此地区土壤电阻率较高的情况，可采用降低杆塔接地电阻来防止反击事故发生。经常发生雷击故障的杆塔和线段和雷电活动强烈的地方，应架设双避雷线、改善接地装置、适当加强绝缘或架设耦合地线;（3） 对绕击跳闸率高一些的第一段、第十一段，第一

段为输电线路的出线端，对于击距法计算的绕击跳闸次数是规程法计算结果的七十多倍，这与杆塔高度的关系较大，可旁设避雷针或增加绝缘子片数以期减小保护角来降低绕击跳闸率;（4）对于反击跳闸率较高、而杆塔高度不高的不对称塔最好的防护措施是加强绝缘，通过增

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加绝缘子片数来提高其防雷性能。线路绝缘子每串个数m一般按运行电压所要求的泄露距离选定（在非污秽区）;（5）及时更换闪络瓷瓶，恢复线路绝缘水平。缘线的避雷绝放电间隙应根据继电保护的动作条件和避雷线上感应电压的续流熄弧条件来定。一般为10-40cm。如果是海拔1000m以上的地区，应加大间隙值。在进行绝缘配合时，应考虑杆塔尺寸误差、横担变形和拉线误差等因素;（6）根据重雷区易击段杆塔所处的地理位置，地形，地貌，采用有效屏蔽角计算公式校验杆塔有效保护角，针对工频电阻很小，而又曾遭受绕击得杆塔采用负保护角，即在线路边导线外侧安装避雷针;（7）有避雷线的线路应防止雷击档距中央反击导线，15℃无风时档距中央导线与避雷线间的距离，应该满足S0.012L+1 的要求，如果不满足，通过改变导线，地线驰度解决;（8） 为减少雷击引起的多相短路和两相异点接地引起的断线事故，35kV和63kV无避雷线线路的钢筋混凝土杆和铁塔以及木杆线路上的铁横担均宜接地。接地电阻一般不受限制，但多雷区不宜超过30Ω。

应全面考虑系统运行方式、线路的重要程度、地形地貌的特点、线路经过地区雷电活动强度、土壤电阻率的高低等条件来确定输电线路的防雷措施方式。再结合当地原有电力线路的实际情况因地制宜，采取相对应的保护措施。

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作者简介：肖鱼（1982-），女，重庆永川人，讲师，主要从事：电气工程与自动化方面的教学与研究。