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Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．６ 河北电力技术 第２５卷第６期 Ｄｅｃ．２００６ ＨＥＢＥＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２００６年ｌ２月 输电线路雷击故障原因分析 及预防措施建议 Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ Ｓｔｒｉｋｅｓ Ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌ ｉｎｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ，齐金定 ，黄光伟 ，冯国义 （１．河北省电力公司，河北石家庄０５００２１；２．保定供电公司，河北保定０７１０００） 摘要：运行情况统计表明，输电线路故障大多与季节有关， 表１ ２００１－２００５年输电线路故障统计 其中雷击故障占有很大比例。基于对保定供电公司１１０～ 年份 故障跳闸 雷击跳闸 ５００ ｋＶ输电线路历年雷击闪络故障的分析，详细分析了雷 ／（次・ａ－－１）／（次・ａ ） 雷击所占 比例／ 雷击发生 月份 ２００１ 云放电机理，雷击闪络与接地装置的关系，合成绝缘子不利 ２００２ 因素以及雷击的选择性。并有针对性地提出了防止雷击闪 ２００３ ２００４ 络事故发生的技术措施。 ２００５ 关键词：输电线路；雷击闪络｝防雷措施 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｅ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｆａｉｌ— ２原因分析 ｕｒｅｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｅａｓｏｎｓ，ｔｈｅｒｅｉｎｔｏ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ．ｆａｉｌｕｒｅｓ ８Ｊ＇ｅ ｉｎ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ２．１ 雷云放电机理 ｌｉｇｈｔｎｉｇｎ ｓｔｒｉｋｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｏｆ １ １０￣５００ ｋＶ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ 输电线路雷击闪络是由雷云放电造成的过电压 ａｔ Ｂａｏｄｉｇｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｅｔｓ ｆｏｒｔｈ ｔｈｅ 通过线路杆塔建立放电通道，导致线路绝缘击穿，这 ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｔｒｉｋｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ 种过电压也称为大气过电压，可分为直击雷过电压 ｌｆａｓｈｏｖｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｖｉｃｅ．ｔｈｅ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ 和感应过电压。 ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｃｈａｉｎ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ２．２雷击闪络与接地装置 ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｌｉｇｈｔｎｉｇｎ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ 雷击主要是通过建立一个放电泄流通道，从而 ａｃｃｉｄｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ；ｌｉｇｈｔｎｉｇｎ ｓｔｒｏｋｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ￣ 使大地感应电荷中和雷云中的异种电荷，因而，雷击 ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ 和接地装置的完好性有直接的关系。 中图分类号：ＴＭ７６２。１ ２．２．１雷击物理特性 文献标识码：Ｂ 输电线路雷击的性质可分为直击雷和感应雷。 文章编号：１００１—９８９８（２００６）０６—００３０—０４ ａ．直击雷当带电的雷云接近输电线路时，雷 电流沿空中通道注入雷击点，如避雷线、杆（塔）顶部 １雷击故障统计 导线等产生直击雷过电压。２００５年８月１２日富南 二线２７号ｗ相（１６片ＸＷＰ一７０双串成串，２２０ ｋＶ 据运行情况统计，输电线路故障中雷击跳闸所 结构１１０ ｋＶ降压运行）雷击闪络，单基单相下线， 占比例较大，尤其是在山区，线路故障大都是由于雷 雷击塔顶反击，而其接地体电阻为１５１ Ｑ，是输电线 击跳闸引起的。因此有必要对雷击闪络做一系统分 路直击雷闪络的典型实例。 析，提出针对性的措施，降低雷击跳闸率，保证设备 ｂ．感应雷当雷击于输电线路附近的大地或 安全稳定运行。 物体时，导线产生静电感应，致使先导路径附近的导 保定供电公司所辖１１０～５００ ｋＶ输电线路 线上积累了大量的异号束缚电荷，雷击后，主放电开 ２００１－－２００５年雷击故障情况统计见表１。 始，导线中感应电压就会很大。根据实测，感应雷电 由表１可见，雷击所占比例是不容忽视的，且呈 压幅值一般为３００－－－４００ ｋＶ，击穿６０￣８０ ｃｍ的空 逐年上升的趋势。 气间隙，而１１０ ｋＶ及以上输电线路由于其冲击绝 收稿日期：２００６—１０—３０ 作者简介：齐金定（１９７３一），男，工程师，工程硕士，主要从事安全生产监督管理工作。 ・３Ｏ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００６ 河北电力技术 ＨＥＢＥＩ Ｅ１．ＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 第２５卷第６期 ２００６年１２月 缘强度在５００ ｋＶ以上，因而感应过电压一般不会 引起闪络，只是对３５ ｋＶ及以下水泥杆线路引起一 定的闪络事故。 ２．２．２直击雷电流与接地装置物理特性 对于１１０ ｋＶ及以上输电线路均安装了避雷 线、放电间隙和接地体等雷击防护接地装置 当电 压幅值为 时的雷电波直击于有避雷线的杆塔顶 部或避雷线时，流过接地装置的电流为： 工一ｆ。Ｚ１／（Ｚ１＋Ｒｃｈ） （１） Ｖｔｄ：ＩＲｃ｝Ｉ （２） 式中，Ｖ，ｄ为杆塔顶部电位，ｋＶ； 为雷电通道 波阻抗，ｎ；Ｒｃ｝Ｉ为接地装置冲击电阻，ｎ；，为流过接 地装置的电流，ｋＡ； 为雷电前行波电流，ｋＡ。 分析上述公式，当Ｒ ＝０时，即 ｄ－－０，说明降 低杆塔接地装置电阻可大大降低直击雷电压幅值。 由以上分析可知，１１０ ｋＶ及以上输电线路雷击 故障多由直击雷引起，并且同接地装置的完好性有 直接的关系。输电线路的接地装置由接地引下线、 接地引上线和接地体组成，接地装置的完好是指上 述三部分均处于完好状态。 ２．３合成绝缘子的固有特性 经过分析，保定供电公司１１０￣５００ ｋＶ输电线 路２Ｏｏ４—２００５年１９次雷击故障中１８次为合成绝 缘子，且均为１１０ ｋＶ线路，问题较突出，但大部分 均重合成功，这与合成绝缘子的固有特性有关。上 述１１０ ｋＶ雷击闪络合成绝缘子伞裙中ｌＯ个大伞、 ｌ０个小伞，大伞外径１３７ ｍｍ、小伞外径１０６ ｍｒｎ，结 构高度１ ２４０ ｍｍ，未安装均压环，绝缘净距离（干弧 距离）为１ ０００ ｍｍ。 西北电力研究院曾对４支１１０ ｋＶ合成绝缘子 进行了雷电冲击闪络电压试验，试验结果表明：５Ｏ 雷电冲击正极性闪络电压值，即不带均压环为６２９ ｋＶ，标准偏差１３．５ ｋＶ；带均压环为６２６ ｋＶ，标准偏 差ｌ３．５ ｋＶ。仅比ＸＰ一７０型６片成串绝缘子的雷 电冲击闪络电压水平（正极性６１０ ｋＶ）略高，低于７ 片串的水平（正极性６９５ ｋＶ）。 由试验和以上分析说明：１１０ ｋＶ合成绝缘子伞 裙直径和绝缘子净距离（干弧距离）偏小是其雷击闪 络发生多的主要原因。随着电压等级的升高，绝缘 子串长的增加，绝缘子净距离（干弧距离）也增加，在 ２２０ ｋＶ、３３０ ｋＶ及５００ ｋＶ电压等级合成绝缘子不 利因素不明显。 ２．４绝缘子串配置形式 １１０ ｋＶ富南二线２７号ｗ相１６片ＸＷＰ一７０ 双串成串，使用联板，发生雷击闪络除与接地体电阻 偏高有直接关系外，还与绝缘子串布置形式——双 串并联有关。 关于双串并联间隙闪络的研究，苏联做了多年 不同间距２０片１５组试验，得到的结论是：输电线路 的耐压强度随着并联间隙的增加而降低，双瓷瓶串 无金属联板时为５ ，有中间金属联板的瓷瓶串则 为１０ 及以上，且取决于联板数。西安电力研究院 也认为从数学概率计算来看，双串绝缘子的闪络电 压比单串降低约６ 。 ２．５雷击的选择性 从以往发生雷击的情况可以发现，雷击闪络山 区多于平原，具有选择性，雷电活动随所处地区的地 形地貌和矿物质程度、湿度有很大不同。特别是山 区和大档距杆塔或线路垂直穿越山脊的典型区段， 雷击频率较高。 、 ３防雷措施建议 ３．１建立四道防线 输电线路雷害事故的形成通常要经历４个阶 段：输电线路受到雷电过电压的作用；输电线路发生 闪络；输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压； 线路跳闸，供电中断。针对雷害事故形成的４个阶 段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，需做到 “四道防线”： ａ．防直击就是使输电线路不受直击雷，可采 取的措施是沿线路装设避雷线，保定供电公司１１０ ～５Ｏ０ ｋＶ输电线路均安装了双避雷线； ｂ．防闪络就是使输电线路受雷击后绝缘不 发生闪络，可采取的措施是：加强线路绝缘、降低杆 塔的接地装置电阻、在导线下方架设耦合地线等； Ｃ．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，可采取的措施是在线路上安装 避雷器； ｄ．防停电就是使输电线路建立工频电弧后不 中断电力供应，可采取的措施是装设自动重合闸、双 回路线路采用不平衡绝缘方式等。 ３．２加强架空地线（避雷线）的运行与检修 架空地线即避雷线，主要作用是防止雷直击于 导线。同时，避雷线还有以下作用：在雷击塔顶时起 分流作用，可以减小塔顶电位，对导线有耦合作用， 可以降低绝缘子串上的电压；对导线有屏蔽作用，可 以降低导线上的感应过电压。线路电压等级愈高， 采用避雷线的效果愈好。 ・ ３】 ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００６ 河北电力技术 ＨＥＢＥＩ ＥＩ正Ｃ￣Ｉ＇ＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 第２５卷第６期 ２００６年１２月 为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击 率，避雷线对外侧导线的保护角应小一些，通常采用 ２０。＂－－３０。。保定供电公司管辖的５条５００ ｋＶ输电 线路都架设双避雷线，保护角在ｌ５。及以下。目前， 阻，不能判断超标电阻值产生的位置。 因此，单独使用ＺＣ一８型电阻测量仪或 ＣＡ６４１１型电阻测量仪存在诸多优缺点，可以把二 者结合起来，发挥各自的优点，即首先用ＣＡ６４１１型 测量仪测量，如果接地电阻合格，则进行下一基的测 量，如果测量不合格，再用ＺＣ一８型测量仪测量。 ＣＡ６４１ １型电阻测量仪必须应用于有接地环路 的情况下，可用于１ １０￣２２０ ｋＶ架空地线逐基直接 接地的接地电阻测量。５００ ｋＶ输电线路架空地线 国外有些超高压线路要求绕击率趋近于零，有时需 采用负保护角。 通常，避雷线应在每基杆塔处接地。但在５００ ｋＶ输电线路上，为了降低正常运行时因避雷线中 感应电流引起的附加损耗，以及利用避雷线兼作高 频通道，要将避雷线经小间隙对地（杆塔）绝缘。当 线路正常运行时，避雷线是绝缘的，当线路空间出现 强雷云电场或雷击线路时，小间隙击穿，避雷线自动 转变为接地状态。 设备运行管理部门在线路巡视过程中需把架空 地线作为重点，尤其是在雷雨季节来临前，要重点检 查地线锈蚀、断股情况，接地引下线的连接情况，测 试接地装置电阻值，对偏大的要及时处理，对于５００ ｋＶ输电线路架空地线放电间隙要及时调整。雷雨 季节做好被雷击线路的检查工作，对损坏的设备应 及时更换、修补，对发生闪络的绝缘子串的导线、地 线线夹要打开检查，必要时还需检查相邻档线夹及 接地装置，确保接地装置的完好性，减少雷击闪络跳 闸率。 ３．３完善测试方法，确保接地装置完好 雷击闪络与接地装置的完好性有直接的关系， 因此降低杆塔接地装置的接地电阻是减少雷击跳闸 发生的有效手段。从导泄雷电流的角度讲，接地电 阻应考虑整个泄流通道的电阻，是接地体电阻、接地 引下线电阻和接触电阻的总和。 从接地电阻的测试方法上来讲，存在ＺＣ一８型 接地电阻测量仪和ＣＡ６４１１型电阻测量仪（钳形表） 两种方法。使用ＺＣ一８型接地电阻测量仪的测量 方法简单，测量准确，性能稳定，但只能测量接地体 的接地电阻，而且测量时需拆开所有的接地引下线， 展放几十米的导线，才能测量，同时要求所展放的电 压线和电流线应与接地体布置方向平行，否则容易 产生测量系统误差。因此，传统的测量方法不仅工 作量大，而且还要充分考虑布置方式复杂多样的接 地体布置方式，难免产生测量系统误差。使用 ＣＡ６４１１型电阻测量仪（钳形表）的优点是在接地系 统接触良好时，不用考虑接地体布置方式，就能准确 测量出整个泄流通道的接地电阻，使用方法简单，效 率高，缺点是在接地系统生锈，接触不良时，测量结 果误差较大，同时由于测量整个泄流通道的接地电 ・ ３２ ・ 布置方式为分段绝缘单点直接接地，不形成环路，不 宜使用ＣＡ６４１１型等钳形接地电阻测量仪，需使用 传统ＺＣ一８型手摇式接地电阻测量仪。 运行管理单位要严格按照ＤＬ／Ｔ ７４１—２００１ 《架空送电线路运行规程》的要求，周期性开展接地 电阻测量，对于山区等多雷区可以根据情况缩短测 试周期，明确责任，加强培训，确保测试数据的准确。 １１０￣５００ ｋＶ有避雷线的输电线路每基杆塔的工频 接地电阻在雷雨季节来临前的干燥时不宜超过表２ 中所列的数值。在土壤电阻率低的地区，应充分利 用杆塔基础和拉线的自然接地电阻。在高土壤电阻 率地区，尤其是山区，降低接地电阻比较困难时，可 采用多根放射形接地体，根据实际情况环网运行，或 使用降阻剂降低接地电阻。 表２有避雷线的线路杆塔的工频接地电阻 ３．４ 多雷区（山区）合成绝缘子的选择 在雷电活动频繁地区，尤其是山区的线路，污染 较轻，合成绝缘子（尤其是１１Ｏ ｋＶ线路）耐雷水平 低，优势不明显，而钢化玻璃绝缘子具有自爆能力， 故障后便于发现故障点，同时，自爆后残锤具有足够 的机械强度，一般不会引起导线脱落事故。 西北电力研究院分析，１１０ ｋＶ以上电压等级合 成绝缘子应安装均压环，１１０ ｋＶ线路１个，２２０ ｋＶ 线路１个，５００ ｋＶ线路２个，以改善电场分布，但安 装后均压环抬距缩短了合成绝缘子绝缘净距离，因 此，在雷电活动频繁地区合成绝缘子绝缘净距离可 增加５ ４１０ 。对已在多雷地区上网运行的绝缘 子净距离偏小的合成绝缘子，建议在进行风偏和弧 垂验算后，在合成绝缘子上串入一片玻璃绝缘子（或 瓷绝缘子）以加长绝缘净距离，从而提高耐雷水平。 ３．５综合考虑绝缘子配置 考虑跨铁路、重要公路等必须加双串的输电线 维普资讯 http://www.cqvip.com
ＶＯＬ ２５ Ｎｏ．６ 河北电力技术 第２５卷第６期 ＤｅＣ．２００６ ＨＥＢＥＩ Ｅｌ ＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２００６年１２月 路杆塔结构布置一般问距４００ ｍｍ，相对距离较近， 计、运行和继电保护等多部门协同工作，而雷击闪络 宜采用绝缘子单串、单独悬挂。同时在风偏和弧垂 是由几种不利因素共同作用的结果，同等条件下，薄 验算基础上，通过调爬等手段增加线路绝缘子串绝 弱环节先被雷击，因此需总体布局，统一规划，设计 缘净距离，提高线路耐雷水平。 部门从源头抓起，运行部门从新线路验收和旧线路 ３．６ 加强雷电监测，消除设备隐患 改造入手，继电保护部门从采用快速重合闸保护做 雷击闪络中单相闪络机会最多，闪络地点也是 起，建立四道防线，不断提高防雷水平，最大程度降 一基杆塔比较多见，但有时也有连续几基同时闪络， 低雷击闪络的发生，确保输电线路安全稳定运行。 或相隔几基闪络的。所以，故障巡查时，不能只查到 参考文献： 一个故障点就结束故障巡视，而应把全区段查完。 ［１］郭庆雄．湘南山区送电线路防雷害规律初探ＥＪ］．华中电力， 对１１Ｏ ｋＶ及以上输电线路可以应用雷电定位 １９９９，（３）． 系统，能够指导故障巡视，快速发现故障点；有利于 ［２］张启林，杨保珍．滇东地区１１０ ｋＶ、２２０ ｋＶ输电线路综合防雷 装置运行总结［Ｊ］．云南电力技术，１９９９，（３）． 对雷电活动进行系统的监测，掌握雷电活动规律，有 ［３３甘德辉．架空输电线路的防雷［Ｊ］．农村电气化，２００２，（２）． 针对性的制定防雷措施。保定供电公司所辖５条 ［４］关根志．高电压工程基础［Ｍ］＿北京：中国电力出版社，２０００． ５００ ｋＶ输电线路已全部应用雷电定位系统，效果明显。 ［５］王清葵．送电线路运行和检修［Ｍ］．北京ｉ中国电力出版社， ２００３． ４结束语 本文责任编辑：丁力 防雷工作是一项长期复杂的系统工程，涉及设 ］ １ １一ｌ丫ＴＴ丫］ｒ］『Ｌ１ （上接第２９页） 文档和专用报表，从而可以快速撰写预测分析报告。 比较，其比值在一定范围以外，再通过对该用户实时 数据和历史数据（防窃电参数）的分析比较，很容易 ３系统应用中存在的问题分析 判断是否有窃电行为。电压合格率监测和失压、断 ＧＰＲＳ无线通信技术在网络覆盖面、通信技术 相等监测记录功能，负控终端通过ＲＳ一４８５接口将 的先进眭等方面占有明显的优势，但由于是公用网 电能表电压合格率监测和失压、断相等监测数据传 络无法专用，许多技术的应用受到运营商。在 送给负荷管理系统工作站，工作站经过分析汇总后， 网络繁忙时，网络无法保证负荷管理系统的独占性， 生成相应的监测报表和图形，直观地反映出用户是否 可能造成数据延时和阻塞；另外，通信的安全性也全 正常安全用电。 部依赖服务商。建设ＧＰＲＳ通信网需向移动运营 ２．５ 大用户用电行为分析 商交纳相应的通信网络使用费，这一部分费用不确 市场营销的核心是研究如何满足用户的需求， 定且不可准确预测。ＧＰＲＳ做为一项新的通信技 因此大用户用电行为分析是用电营销的重要环节。 术，其网络的建设和技术应用都处于发展阶段。邯 从时间、地域、行业、线路、电压等级等多方面、多角 郸供电公司的负荷管理系统应用ＧＰＲＳ通信技术 度对大用户的用电行为进行动态分析和深层挖掘， 也处于不断完善、改进的阶段。 揭示大用户的负荷特性，对全系统的贡献、影响及用 电需求潜力，为制定相应的需求侧管理方案和电力 ４结束语 营销策略提供决策依据。 ＧＰＲＳ通信技术具有实时性强、速度快等优点， ２．６ 电力市场预测 因而是实现无线数据业务的最优承载方式。邯郸供 电力市场预测是供电企业适应市场经济要求， 电公司建设的电力负荷管理系统是电力营销、客户 保证企业投资回报和提高经营效益的基础工作，是 服务和电力需求侧管理的必要技术手段，应从管理 电网运行、规划、计划和营销预算的基础。分析逐 和建设两个方面出发，以ＧＰＲＳ无线通信技术为基 年、逐月或同期的用电指标的增长情况是用电分析 础，阶段性的进行规划、改造和新建工作，使ＧＰＲＳ 的常用手段。此外，为了方便用户直接利用分析、预 通信技术在电力负荷管理中得到更广泛的应用。 测的结果，还提供了符合电力系统标准格式的报告 本文责任编辑：胡立兰 ・ ３３ ・
