线路雷击故障分析与应对措施

陶维俊陈竹林

摘要：雷雨天气时，架空线路遭受雷击故障时有发生，当雷电击中线路如何够避免输电线路设备损坏，降低线路因雷击故障跳闸的次数尤为重要。本文就近年来某地区电网架空线路遭受雷击故障的情况进行了深入研究，并通过近年的实际应用，验证了在原有防雷击措施基础上采用相应的整改措施能够大幅减少雷击故障。

关键词：电力线路；雷击故障；应对措施

1导言

线路的防雷措施基本比较成熟，但是防雷效果并不明显，尤其是在一些僻远的山区地带，基础设施差、防雷设备老化、防雷技术数据难以得到保证。因此必须要对雷电的分布特点、雷电的类型、雷电的参数进行研究分析，在根据各地区的雷电分布及布置的相应防雷设施进行有针对性的改进和完善，进一步降低雷电危害对电网的安全影响。

2雷电的解析

当电力设施遭受雷电侵入时会造成损害，一般为电损害、热损害、机械损害。

2.1雷电侵入类型

直击雷（含绕击雷）：顾名思义；

感应雷：因雷云放电在相关导体上产生的静电感应或电磁感应过电压；

球形雷：极特殊雷电现象，一般直径100~200mm；一般持续时间3~5s；

电磁脉冲：因雷电的极大峰值和陡度，在其通道周围形成瞬变强磁场，影响该区域导体及设备；

地电位反击（反击）：因雷击在接地电阻两端产生的过电压，进而影响线路绝缘；操作过电压：因雷击造成大型负载分断瞬间形成的操作过电压。

2.2雷击通道解析

直击雷落在塔头上：雷电流通过塔体向下流入大地。

直击雷落在架空地线上：雷电流沿架空地线流向最近的塔位或沿线路接地电阻最小的塔位，直接流入或分点位流入大地。

绕击雷落在导线上（未装设线路避雷器）：雷电流沿线路分别流向电源侧/受馈侧站所，母线避雷器动作，吸收后流入大地。

绕击雷落在导线上（未装设线路避雷器）：强大的雷击过电压击穿悬式绝缘子串（一般直线长度1.022~1.168m，泄漏距离3150~3600mm），在绝缘子串沿面形成弧光短路，通过塔体与大地连通，可直接导致线路跳闸。

绕击雷落在导线上（装设有线路避雷器）：强大的雷击过电压击穿线路避雷器配套的绝缘间隙（500mm），并导致避雷器氧化锌阀片导通，经避雷器尾部引线、放电计数器间隙、塔体、大地形成泄流通道，以微秒级的时限进行放电，完成一次成功的避雷器动作；之后氧化锌阀片恢复高阻功能，将导线与地点位隔离；避免线路掉闸（或可能因雷电负荷能量较大，导致避雷器及其附属回路损坏，导致线路接地掉闸）。

反击雷：雷电流到达某塔位后，在入地时，因该塔位接地电阻较大，雷电流与阻抗匹配，形成巨大的反击过电压，转而自塔体向上，行至导线绝缘串挂线点，击穿悬式绝缘子串，导致导线与大地连通，致使线路接地跳闸。

感应雷：当发生雷击（落在铁塔塔角、架空地线、导线上）时，由于导体（同塔架设异相导线、通廊附近另回线路、低压/通讯/电子线路、金属设备/设施等）设备的静电感应和电磁感应发生高电压，遭受感应雷击。

2.3绕击、反击均为直击雷的衍生，一般判别方法如果绝缘子裙底（有沟槽一面）烧伤比裙面（无沟槽一面）更严重，则认为雷击放电是由导线向横担闪络的，为绕击。

一基杆塔的顶相闪络或相邻两基杆塔的顶相闪络，相邻两基杆塔同一相绝缘子发生闪络，为反击。杆塔接地电阻较小，即耐雷水平高的线路发生多相闪络，为绕击。

山区线路或山头高杆塔线路发生一基中相或底相闪络，为绕击。雷击线路闪络，若线路两侧的变电站母线避雷器均未动作，为绕击。雷击线路闪络，若线路一侧或两侧避雷器动作，则一般为强大雷电流造成反击冲击波传至变电站所致。

总之，绕击与雷电流幅值及避雷线保护角有关；反击与杆塔地网电阻、雷电流幅值以及雷电流最大陡度有关；还有就是由于绕击雷电流过大，引起其他相的反击闪络。

3某地区雷电情况分析

3.1落雷数量分析

由下图可看出，2013~2016年期间，该地区每年监测到的落雷数量约在7万~11万个之间，雷电活动强弱情况呈现“大年-小年-大年”的趋势，其中2015年雷电活动较强烈，落雷为102475个。

3.2落雷数量分析

除了落雷数量，落雷的雷电流幅值大小是客观反映一个地区的雷电活动强度的重要参量，雷电流幅值的大小直接关系到线路遭遇雷击后的跳闸概率，表征雷击对线路的破坏程度。

3.3雷击类型分析（反击、绕击）

2013~2016年雷击按类型分类可以看出，216起雷击故障中，主要以反击故障为主，为190起，占比88%，而反击故障中又以35kV线路上的反击故障为主，为143起，占全部雷击故障的66%。绕击故障为26起，其中220kV线路上有12起，占比46%。

4防雷应对措施

4.1接地电阻改造方面

加强输电线路的防雷治理工作，严格按照检测周期进行接地电阻的年检、抽检及缺陷处理。每年均对全部杆塔测量接地电阻，确保掌握杆塔接地电阻的变化情况。全部使用摇表测量接地电阻，确保接地电阻数值的准确合格。

4.2避雷器安装方面

应对雷害较严重的线路进行避雷器加装，对山区降阻难的段落考虑逐级杆塔加装，同时尽可能配合开展降阻工作。针对历年雷击高发线路开展防雷风险评估，优先在反击风险较大的杆塔上加装避雷器。

4.3并联间隙安装方面

研究发现雷击故障中出现若干起雷击跳闸杆塔的并联间隙未动作情况，并联间隙安装还存在着上下电极安装不在同一竖平面内、并联间隙与避雷器同时加装、间隙距离不合规范等若干问题，影响并联间隙正确动作，需要进行排查整改。

4.4落实同塔双回线路差绝缘配置

同塔双回线路差异化配置是降低雷击双跳风险的重要措施，研究发现2016年的4起雷击双跳故障中，其中2起故障杆塔未落实差异化绝缘配置，增加了雷击双跳风险，应对所有同塔双回线路逐步进行差异化防雷改造。

4.5重点开展线路防绕击工作

重点开展线路防绕击治理工作，梳理近三年来110kV及以上线路曾发生绕击故障的线路，对该线路故障杆塔、该线路上保护角为正的杆塔、以及该线路上位于山坡地形的杆塔外侧等区段，优先进行线路防绕击整治工作，安排大修技改计划，安装防绕击避雷器等，同时对于历年绕击故障高发线路，进行排查梳理，明确绕击故障治理工作所涉及的具体线路杆塔，并逐年上报大修技改项目。

4.6日常工作电气防雷工作

每年对杆塔的接地电阻进行检测，发现不合格的及时进行处理。每年对线路避雷器进行检查试验：中压线路每1~3年更换；110kV线路每5年更换，每年2次登塔检查避雷器动作次数。根据线路通廊状况开展防雷综合整治工作。

4.7一般的防范措施

全线路安装架空地线（当前已经运用）。牺牲一定的电能损耗，取消架空地线与塔体之间的空气或固体绝缘间隙，保证全线路地线连通，一来可以有效泄雷，二来可以通过多点并联方式，有效降低系统接地电阻（当前已经运用）。整治杆塔的接地电阻尽可能小（当前已经运用）。安装带串联间隙的线路型避雷器（当前已经运用）。

结束语

雷电是电网架空线路跳闸的重要原因之一，虽然也曾对线路采取了一定的防雷措施，但是如何能够真正做到降低雷电对线路造成的危害，需要进一步对雷击故障进行研究分析，找出相应的有效应对措施。研究表明，对于线路的雷击故障只要研究其特性，并根据其故障特点采取相应的防雷措施，采用科学的统计分方法梳理查找隐患改善不足，就一定能将线路雷击故障率降至最低。

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