導語：架空線路防雷保護分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：俄羅斯110～1150kV架空線路防雷保護--1999《導則》介紹之一。

關鍵詞：架空線路防雷保護雷電流絕緣子串雷擊跳閘自動重合閘

0前言

俄羅斯1999年《導則》〔2〕(以下簡稱99《導則》)的制定，薈萃俄羅斯這方面著名的專業(yè)人員俄羅斯1999年版《導則》［2］，參加起草人員有29名俄羅斯著名的專業(yè)人員：3位院士、3位教授、4位博士、12位副博士(相當西方和中國的博士學位)，7位有名工程師。總結和吸收了從1954年以來的運行經(jīng)驗和科研成果以及國外先進技術。因此內(nèi)容上從1954年版《導則》［1］7章13個附錄，共95頁擴充為三部分9章34個附錄，共353頁。有《架空線路和變電所耐雷性計算的電子計算機專用程序(稞忪)7個》。總結和吸收了從1954年以來運行經(jīng)驗和科研成果以及國外先進技術。因此，內(nèi)容上比1954年《導則》〔1〕(以下簡稱54《導則》)大大擴充了，具有很多新內(nèi)容。作者擬作一系列介紹報導。本文《俄羅斯110～1150kV架空線路防雷保護》為之一。

99《導則》關于《110～1150kV架空線路防雷保護》俄羅斯1999《導則》［2］架空線路防雷保護內(nèi)容從54《導則》［1］1章(第5章)29條正文規(guī)定和4個附錄共23頁擴充為3章(第6、7、8章)63條正文規(guī)定和13個附錄，共161頁。比54《導則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕擴充了很多，因此，本文僅介紹新內(nèi)容、新觀點。

1防雷保護計算中幾個與雷電相關的參數(shù)



眾所周知，防雷保護計算中要用很多個與雷電相關的參數(shù)，不一一敘述，僅就99《導則》〔2〕不同于54《導則》〔1〕和我國現(xiàn)行DL/T620-1997〔3〕及DL/T621-1997〔4〕的3個參數(shù)進行論述。

1.1雷電流幅值和陡度

自然雷電流波形，世界各國測得的對地雷電流波形基本一致，多數(shù)是單極性重復脈沖波，少數(shù)為較小的負過沖。一次對地雷擊中，含有很多個脈沖，第1脈沖和后續(xù)脈沖，最多記錄到42個，平均為2～3個。脈沖波前是相當復雜的形狀，不是固定陡度。在防雷計算中，人為地進行加工處理，采用固定斜角波陡度來替代。實測得的分散性很大，所以在防雷計算中，采用第1脈沖和后續(xù)脈沖雷電流幅值和陡度不相關。

99《導則》〔2〕介紹實測中，第1脈沖波前陡度記錄到72kA/μs，平均陡度24.3kA/μs，幅值記錄最大值為250kA，波長達250μs；后續(xù)脈沖波前最大陡度記錄到最大值300kA/μs,平均陡度39.9kA/μs，幅值記錄到最大值35kA，波長達170μs。也就是說，一次對物體雷擊中，被擊物中流過一連串的不同陡度，不同幅值的波長100μs上脈沖波。

過去架空線路電壓等級不高，在220kV及以下，桿塔高度不高，54《導則》〔1〕中架空線路耐雷強度計算，僅考慮第1脈沖，這是因為后續(xù)脈沖引起線路絕緣閃絡概率遠低于第1脈沖的。但隨著電壓等級升高，多回同桿架設，大跨越桿塔，桿塔電感大，99《導則》〔2〕中，要求評估很大電感的桿塔耐雷強度時考慮后續(xù)脈沖，99《導則》中同時指出:變電所防雷保護計算中應考慮第1脈沖和后續(xù)脈沖。

我國DL/T620-1997〔3〕中，評估架空線路耐雷強度和變電所防雷保護計算，僅考慮了第1脈沖，看來要增加考慮后續(xù)脈沖。

1.2架空線路雷擊次數(shù)

至今，世界各國對建筑物(如架空線路、變電所、樓房等)的雷擊次數(shù)，都是間接地估算的。按其長、寬、高(架空線路按避雷線懸掛平均高度)來推算等效地面面積。等效面積乘以對地雷擊密度ρ0獲得該被擊物雷擊次數(shù)。對地雷擊密度ρ0是指在一個持續(xù)期間周期內(nèi)單位面積內(nèi)記錄的雷擊次數(shù)。54《導則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕是以"雷暴日數(shù)"與ρ0相關來推算。實測證明，"雷暴日數(shù)"與ρ0有很弱的關聯(lián)。99《導則》〔2〕改用"雷暴小時數(shù)"與ρ0相關來推算，這是前進了一步。目前，可依據(jù)儀器測量的累積統(tǒng)計資料，繪制全國ρ0分布圖。

曾有文指出，靠"雷暴日數(shù)"或"雷暴小時數(shù)"分布圖來推算ρ0會入誤判。因為"雷暴日數(shù)"或"雷暴小時數(shù)"是按預報點在這一日內(nèi)或1h內(nèi)只要有一次雷暴來定義的，未表明在這一個雷暴日或一個雷暴小時內(nèi)雷電活動持續(xù)多久或雷擊密度，以及至報告點的距離和方向，或雷電放電是在云之間還是云和地之間。

99《導則》〔2〕亦指出了平原和山地雷擊強度不同，環(huán)山上架空線路的雷擊多，側(cè)擊雷多。同一走廊，兩回架空線路，較高桿塔這回路對較低桿塔回路屏蔽。架空線路受著城市建筑和樹木屏蔽，比一般經(jīng)過野外的地方減少很多。由于這些原因，使得設計測算與實際運行不一致。

中國運行經(jīng)驗顯示，雷擊有選擇性，不是沿架空線路均勻雷擊，而是有的桿塔和線段雷擊頻率很高，有的桿塔和線段在長期(幾十年)無雷擊。

1.3架空線路桿塔接地沖擊電阻

桿塔接地體通過雷電流時形成火花過程會使得接地電阻降低。在防雷計算中引入一個沖擊系數(shù)。在長期應用中，這個沖擊系數(shù)只考慮與接地體形狀和土壤電阻率相關。54《導則》〔1〕中，則指出與接地體通過的雷電流幅值大小有關。99《導則》〔2〕除指出上述相關因素外，特別指出：線路絕緣閃絡發(fā)生在火花區(qū)形成之前，防雷計算中就不能引入沖擊系數(shù)。也就是說，桿塔接地沖擊接地電阻減小，不會減小雷擊跳閘計算次數(shù)。

2架空線路絕緣子串中個數(shù)選擇

所有電壓等級架空線路絕緣子型式、個數(shù)和絕緣子串長度不是根據(jù)防雷保護理由而是根據(jù)工作電壓來選擇。99《導則》〔2〕中除54《導則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕有關規(guī)定之外，在正文第8章《110kV及以上架空線路防雷保護措施選擇》第8.7.2條關于絕緣子串中個數(shù)選擇增加1款規(guī)定，這是54《導則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕中沒有的，即"為了保證線路絕緣25年不檢修運行周期，實施在絕緣子串中增加絕緣子個數(shù)"。

俄羅斯對架空線路實施25年不檢修運行周期的規(guī)定，這是適應"減人增效"發(fā)展要求的，過去"零值絕緣子"的檢測和更換工作量很大，以后實施在絕緣子串中增加"零值"儲備，保證在25年運行周期內(nèi)不檢測和更換"零值"絕緣子。從99《導則》〔2〕參考圖表數(shù)據(jù)來看，大致上比DL/T620-1997〔3〕多1～3個以上。

3架空線路允許雷擊跳閘次數(shù)

依據(jù)線路斷路器操作資源準則，俄羅斯已發(fā)展成全國統(tǒng)一電力系統(tǒng)。電網(wǎng)結構強，對用戶供電可靠性，由電網(wǎng)結構和調(diào)度自動控制來保證。所以，99《導則》〔2〕第8.3條規(guī)定"架空線路允許雷擊跳閘次數(shù)和防雷保護措施選擇是依據(jù)線路斷路器操作資源準則。"

斷路器操作資源是出廠技術條件規(guī)定的。不同形式如油的、空氣的、SF6斷路器具有操作資源是不同的。

一條架空線路允許雷擊跳閘絕對次數(shù)是依據(jù)采用的線路斷路器在檢修周期之間操作資源全部耗盡條件來計算的。

99《導則》〔2〕附錄28專門介紹了將不同型式斷路器出廠技術條件規(guī)定的參數(shù)，如允許不檢修斷路器開斷額定短路電流值和次數(shù)，斷路器計劃檢修平均周期(年數(shù))，換算成實際線路沿全長均勻分布短路點(不同短路點、不同短路電流)時的操作資源，將其全部耗盡，為該線路允許雷擊跳閘絕對次數(shù)。

99《導則》附錄26和附錄27制作了不同電壓等級、不同桿型(金屬的、混凝土的、單柱、雙柱、單避雷線、雙避雷線、保護角)、不同絕緣子串中的個數(shù)、不同線路長度，通過不同雷電小時地區(qū)時，保證架空線路雷擊跳閘絕對次數(shù)不超過采用的不同型式線路斷路器操作資源允許時，要求桿塔接地電阻計算值(Ω)的參考圖表，除方便使用外，提出一個重要新觀點：即不是按耐雷水平和土壤電阻率來要求桿塔接地電阻值(Ω)。

99《導則》第8章最后在展望將來中指出“在SF6斷路器廣泛采用和它們運行經(jīng)驗積累，架空線路防雷保護措施綜合選擇準則可能要修正。在SF6斷路器很高操作資源情況下，供電可靠性將決定于雷電過電壓和短路電流作用于它的很敏感的其他變電設備(例如，電力變壓器)的狀況”。

4架空線路運行經(jīng)驗和防雷措施

4.1110～750kV架空線路運行指標

110～330kV架空線路耐雷運行指標，各地相差很大，這主要是由于山地條件的雷電活動水平和土壤電阻率以及桿型結構不同所致。

雷擊跳閘次數(shù)是由反擊(雷擊桿塔和檔中避雷線)和繞擊跳閘次數(shù)組成，與標稱電壓等級和架空線路結構(桿型、避雷線根數(shù)和布置，接地電阻)等有關。隨著架空線路標稱電壓等級升高，線路絕緣沖擊強度提高，架空線路總耐雷性提高，反擊閃絡跳閘占的百分數(shù)下降。但是，隨著電壓等級升高，雷擊跳閘占總跳閘比例上升了(見表1)，雷擊跳閘地位和重要性上升了。

4.2110～750kV架空線路耐雷指標和防雷保護措施分析

(1)110kV架空線，一般是使用單柱桿型(金屬和混凝土的)，單避雷線。雷擊桿塔時反擊閃絡率高，是110kV架空線路雷擊跳閘的主要原因，對這種單柱混凝土桿架空線路雷電繞擊導線跳閘占的比例不超過15％。對其他桿型，這個值還要低一些。比較好的耐雷指標(相差2.5～3.0倍)是混凝土桿架空線路，因桿的高度低，雷擊次數(shù)少，桿塔電感降低了，以及架空線路"接閃"雷電流最為有利統(tǒng)計。

提高110kV架空線路耐雷性最基本措施是保證較低桿塔接地電阻。提高其耐雷性，最有效措施是在下導線區(qū)內(nèi)懸掛第2根避雷線(國內(nèi)稱耦合線)，是改善導線靜電屏蔽，降低雷擊桿塔和避雷線時的反擊閃絡率。這種措施特別有效地減少了雙回路架空線路中雙回路同時跳閘次數(shù)。

(2)220kV架空線路，耐雷指標隨著架空線路結構不同，相差5～6倍(在接地電阻10偈)。單回和雙回的單避雷線的高桿塔架空線路，雷擊跳閘率最大。懸掛雙避雷線，隨著接地電阻改善，可降低雷擊跳閘率1.4～1.6倍。雷擊跳閘主要原因是反擊閃絡。單回和雙回閑Π型植塔雙避雷線架空線路具有最優(yōu)耐雷指標。

(3)330kV架空線路基本上是用金屬桿塔。按機械荷載，混凝土桿應是Π型。同220kV架空線路相比，絕緣沖擊強度增高了，相應地單回單柱桿塔的雷擊跳閘率減小了1～1.5倍。220kV和330kVΠ型桿塔的耐雷指標接近，因雷電繞擊跳閘約近雷電總跳閘一半。在單回和雙回金屬桿塔上懸掛雙避雷線，在所有接地電阻值時，雷擊跳閘率比單避雷線實際降低1倍左右。

(4)500kV和750kV架空線路唯一方案是用單回，相水平排列，雙避雷線保護。500kV和750kV架空線路雷電繞擊閃絡是雷擊跳閘主要起因。若進一步減小絕緣子串長度，降低絕緣沖擊強度，同時使得避雷線與導線之間垂直距離縮短，將會增大雷電繞擊率。這對避雷線正保護角架空線路，是一個最不利的影響因素，可采取增高避雷線支持高度或防止檔中避雷線移動。

(5)北方哈克斯坦1150kV架空線路雷擊跳閘率，在標稱電壓運行時100km年為0.4(1150kV架空線路降壓500kV運行時不應跳閘)。1150kV架空線路運行經(jīng)驗總量為16700km年(從1986年～1995年)，其中在標稱電壓運行為3000km年。在1150kV架空線路運行全部期間內(nèi)，雷擊跳閘21次。跳閘基本原因--在耐張轉(zhuǎn)角桿塔范圍內(nèi)雷電繞擊導線，迫切要求改善避雷線保護。提高1150kV架空線路耐雷性是要靠使用負保護角避雷線的直線桿塔和耐張轉(zhuǎn)角桿塔來保護。

(6)提高架空線路不間斷供電可靠性的后備措施是自動重合閘(AΠB)，特別是快速重合閘(BAΠB)和單相重合閘(OAΠB)。在雷擊跳閘時AΠB成功系數(shù)，運行經(jīng)驗數(shù)據(jù)是：110～500kV架空線路為0.6～0.8,750kV和1150kV架空線路為0.8～0.9。AΠB可以部分地補償因接地困難時的架空線路耐雷水平低的情況。但是，采用AΠB不應減少使用的防雷保護基本措施，因為接地短路會降低變電所設備資源。

(7)特別應注意弱絕緣桿塔的防雷保護。在弱絕緣桿塔以及易擊桿塔上安裝過電壓限制器(OΠH，國內(nèi)稱交流無間隙金屬氧化物避雷器)是很有效的。

5結論

(1)俄羅斯99《導則》評估架空線路耐雷性，計算中采用第1脈沖和后續(xù)脈沖雷電流幅值和陡度參數(shù)。中國GB50057-1994(2000)《建筑物防雷設計規(guī)范》也是這樣規(guī)定的。中國電力行業(yè)標準DL/T620-1997僅考慮了后續(xù)脈沖。

(2)俄羅斯99《導則》規(guī)定架空線路絕緣子串中的個數(shù)時，要求"為了保證線路絕緣25年不檢修運行周期，實施增加絕緣子的個數(shù)"。這是適應"減人增效"要求的。絕緣子個數(shù)大致比中國DL/T620-1997中規(guī)定的多1～3個以上。

(3)俄羅斯99《導則》規(guī)定架空線路允許雷擊跳閘次數(shù)是依據(jù)線路斷路器操作資源準則，不再是俄羅斯54《導則》和中國DL/T620-1997那樣，按耐雷水平和土壤電阻率作為準則。

(4)通過俄羅斯架空線路運行經(jīng)驗可知，雷擊跳閘主要起因是：110～220kV是反擊閃絡；330kV大致是反擊閃絡和繞擊閃絡各一半；500～1150kV是繞擊閃絡。

6參考文獻

〔1〕蘇聯(lián)電站和電工部.руκοводяшиеукаэанияпоэашитеотперенапряженийэдектротехническихустановокперемнноготока3~220кв.гэи,1954.

〔2〕俄羅斯統(tǒng)一電力系統(tǒng)(ЕЗСРОССИИ).руκοводствопоэашитеэдектрическихсетей6～1150квотгроэовыхивнутреннихперенапряжений.рд153-34.3-35.125-99,Санкт-петербургиэдΑтеяьствопэипк,1999.

〔3〕DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合.

〔4〕DL/T621-1997交流電氣裝置的接地.