1、山东电力研究院山东电力研究院郭志红郭志红主要内容：主要内容：n线路绝缘配合线路绝缘配合n雷电过程和山东地区雷电特点雷电过程和山东地区雷电特点n输电线路雷电过电压机理及保护输电线路雷电过电压机理及保护n输电线路避雷器输电线路避雷器n输电线路运行有关的一些过电压问题输电线路运行有关的一些过电压问题高压输电线路的绝缘配合n输电线路的绝缘水平在各种电压作用下呈现出相应的绝缘强度(一般以其放电电压来表征)。n绝缘配合技术在考虑运行环境和过电压保护装置特性的基础上，根据可能出现的电压，科学合理的选择其绝缘水平。要权衡设备造价、维修费用和故障损失，力求用较为合理的成本获得较好的经济效益。n随着电网电压等级的
2、提高，特别是在特、超高压电网中，空气间隙的放电电压在操作过电压下呈现饱和特性，使得电气设备的绝缘占据设备总投资的份额愈来愈大。而超/特高压电网因其输送容量巨大，绝缘故障后果将严重。n 绝缘配合中心思想是要合理确定设备的绝缘配合中心思想是要合理确定设备的绝缘水平。绝缘水平。n 在技术上在技术上 作用电压与绝缘强度的全伏作用电压与绝缘强度的全伏秒特性配合。秒特性配合。在估计设备上的作用电压在估计设备上的作用电压时，应考虑避雷器的作用和特性。时，应考虑避雷器的作用和特性。n 从安全上从安全上 考虑设备运行条件考虑设备运行条件,安装质安装质量量,绝缘老化等因数的影响。绝缘老化等因数的影响。从经济上从经
3、济上 考虑考虑适宜的绝缘水平，应适宜的绝缘水平，应兼顾设备造价，运行兼顾设备造价，运行费用和停电损失等项费用和停电损失等项的综合经济效果。的综合经济效果。绝缘配合方式绝缘配合方式 确定法确定法 统计法统计法 简化统计法简化统计法高压输电线路的绝缘配合n电网中输电线路和电气设备的绝缘，在运行中会受到以下几种电压的作用：1)工作电压：具有工频频率，持续地作用在绝缘上。2)暂时过电压：因电网操作或故障引起的，较长持续时间。如：工频过电压和谐振过电压。3)操作过电压：因电网操作或故障引起的持续时间数毫秒、高阻尼振荡或非振荡过电压。4)雷电过电压：来自电网外部、大自然的雷电放电引起的过电压。单相间隙电弧
4、接地空载变压器分闸空载线路分 合闸刀闸投切空载母线解列过电压操作过电压线性谐振过电压铁磁谐振过电压参数谐振过电压谐振长线路电容效应长线路不对称接地甩负荷工频暂态过电压内部过电压感应雷直击雷雷电过电压系统过电压系统过电压系统过电压的分类系统过电压的分类系统过电压的分类有代表性的作用电压有代表性的作用电压伏秒特性曲线试验得到的伏秒特性曲线表明了标准冲击电压峰值与闪络时间之间的关系。高压输电线路的绝缘配合高压输电线路绝缘的分类 高压架空输电线路绝缘可分为两类：一类是导线与杆塔或大地之间的空气间隙，而另一类则是绝缘子。绝缘子运行中需要承受工作电压和操作过电压的作用，前者与绝缘子表面的爬电距离有关，后者
5、则与绝缘子的结构高度有关。空气间隙有：导线对杆塔之间的空气间隙、导线之间的空气间隙、档距中间导线对地的空气间隙、档距中间导线对地面上运输工具或传动机械间的空气间隙。高压输电线路的绝缘配合v高压架空输电线路空气间隙的放电特性 空气间隙的放电电压与作用的电压种类、极性(操作/雷电过电压)、波形(操作过电压的波头长度)、构成空气间隙电极的形状、距离以及所在地区的空气气象参数等因素有关。正极性操作/雷电过电压作用时，空气间隙呈现出较小的放电电压。冲击波的波头长度与放电电压的关系非常密切。当冲击波波头长度在数百微秒左右，有最小的放电电压。当间隙长度增加时，相应于最小放电电压的冲击波波头长度也变大。输电线
6、路的绝缘配合过程框图输电线路的绝缘配合过程框图电压等级线路绝缘水平爬电距离绝缘子串个数 n导线对杆塔的距离工频电压要求气隙内过电压要求气隙雷电过电压要求气隙相应风偏相应风偏相应风偏导线对杆塔的空气间隙的确定 n在决定空气间隙时，要考虑导线至风力在决定空气间隙时，要考虑导线至风力而使绝缘于串偏摇摆的下利因素。而使绝缘于串偏摇摆的下利因素。n 就线路空气间隙所承受的电压幅值来就线路空气间隙所承受的电压幅值来看，雷电过电压最高，操作过电压次之，看，雷电过电压最高，操作过电压次之，工作电压最低，但电压的作用时间。则工作电压最低，但电压的作用时间。则恰恰相反恰恰相反,由于工作电压长时间作用在导由于工作电
7、压长时间作用在导线上故应按线路最大设计风速线上故应按线路最大设计风速(取取20年一遇最大风速，约年一遇最大风速，约(2535m/s)，相应，相应的风偏角的风偏角最大；操作过电压持续时间最大；操作过电压持续时间较短，按最大设计风速的较短，按最大设计风速的50%下考下考虑风偏角虑风偏角亦较小：雷电过电压持续亦较小：雷电过电压持续时间最短时间最短,通常计箅风速为通常计箅风速为(10一一15)m/s，因而考虑风偏角因而考虑风偏角 d亦最小。亦最小。空气间隙的确定过程空气间隙的确定过程n按工作电压确定风偏后的间隙按工作电压确定风偏后的间隙Sp：工频工频50%放电电压放电电压Up，Up=K2Uph，K2为
8、线路空气间隙工频电压为线路空气间隙工频电压统计配合系数，考虑绝缘裕度、空气密度变化的影响统计配合系数，考虑绝缘裕度、空气密度变化的影响(约可下降约可下降8%)、空气湿度变化的影响、空气湿度变化的影响(约可下降约可下降9%)等的系数。对于等的系数。对于330kV及及以上线路，以上线路，K2=1.4;对于对于110kV及及220kV线路，线路，K2=1.354;对对66kV及及以下的线路，以下的线路，K2=1.2。n 按操作过电压确定风偏后的间隙按操作过电压确定风偏后的间隙SC：正极性操作冲击电压波的正极性操作冲击电压波的50%放电电压放电电压UC，UC=K3U0，K3为为线路空气间隙操作过电压统
9、计配合系数。对线路空气间隙操作过电压统计配合系数。对330kV及以上线路取及以上线路取1.1，对对220kV及以下线路取及以下线路取1.03。n按雷电过电压确定空气间隙按雷电过电压确定空气间隙SL：根据我国线路运行经验根据我国线路运行经验,SL在正极性雷电冲击波下在正极性雷电冲击波下50%放电电压放电电压取为绝缘子串相应电压的取为绝缘子串相应电压的85%。空气间隙的确定过程空气间隙的确定过程n最后，确定与之对应的绝缘最后，确定与之对应的绝缘子串在垂直位置时对杆塔的子串在垂直位置时对杆塔的水平距离，它们是水平距离，它们是Sp+l sin 、SC+l sin 和和SL+l sin d，选三者中最大
10、，通常，选三者中最大，通常，对空气间隙的确定起决定作对空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压。用的是雷电过电压。n发、变电站应增加发、变电站应增加10%的裕的裕度度，海拔超过，海拔超过1000M时要进时要进行校正。行校正。高压输电的绝缘配合v导线对杆塔的空气间隙 1分裂导线根数n=2，rp=0.2m；2n=8，rp=0.6m；3n=12,rp=1.5m导线对杆塔间隙的距离与其间隙的工频放电电压（幅值）关系曲线特高压输电的绝缘配合v平行导线之间的空气间隙 （导线束布置在两个平行面内，相邻导线距离d=0.55m，每相的分裂导线为12根）150%放电电压；2平均放电场强50%放电电压、平均放电场强与
11、平行导线束的间隙距离关系 高压输电线路的绝缘配合随着操作过电压的深度降低和环境污秽情况的加重，绝缘随着操作过电压的深度降低和环境污秽情况的加重，绝缘子串的片数主要由工作电压决定。子串的片数主要由工作电压决定。雷电过程和山东地区雷电特点雷电过程和山东地区雷电特点雷电过程和山东地区雷电特点雷电过程和山东地区雷电特点v积雨云形成过程中，在大气电场、温差起积雨云形成过程中，在大气电场、温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云积聚到一定程度，就会在云与云之间或
12、云与地之间发生放电与地之间发生放电 v大于大于1m1m空气间隙中的放电物理过程已经证空气间隙中的放电物理过程已经证明，长空气间隙击穿包括明，长空气间隙击穿包括3 3个连续的发展个连续的发展阶段：电晕起始、流注传播及先导传播。阶段：电晕起始、流注传播及先导传播。雷电的产生机理雷电的产生机理云层荷电云层荷电-初始击穿初始击穿-梯级先导梯级先导-连接连接-第一回击第一回击-K-K、J J过程过程-直窜先导直窜先导-第二回击第二回击-.对地雷电的发展过程对地雷电的发展过程 v雷电放电是雷云对大地或雷云之间或雷云内部的放电现象。在地球上，平均雷电放电是雷云对大地或雷云之间或雷云内部的放电现象。在地球上，
13、平均每天约发生每天约发生800万次雷击万次雷击。v雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建筑物团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建筑物表面产生异性电荷。表面产生异性电荷。v当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以可以击穿空气（击穿空气（25-30kV/cm），），开始游离放电，称之为开始游离放电，称之为“先导放电先导放电”
14、。v云对地的先导放电是云向云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时，便会产生的，当到达地面时，便会产生由地面向云团的由地面向云团的主放电主放电。v在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，出现在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，出现雷电流（一般为几十千安雷电流（一般为几十千安至几百千安至几百千安），并发生强烈的闪电和巨响。主放电存在时间极短，约为），并发生强烈的闪电和巨响。主放电存在时间极短，约为50100s。主放电电流的波头时间约。主放电电流的波头时间约0.510s，平均时间为约，平均时间为约2.6s。v雷云中可能存在着几个电荷中心，在第一个电荷中心完成上
15、述放电过程之后，雷云中可能存在着几个电荷中心，在第一个电荷中心完成上述放电过程之后，可引起第两个、第三个中心向第一个中心放电，因此可引起第两个、第三个中心向第一个中心放电，因此雷云放电通常是多重性雷云放电通常是多重性的的，每次放电相隔离时间约，每次放电相隔离时间约0.6ms到到0.8s（平均为（平均为65ms），放电的数目平均），放电的数目平均为为23个，最多记录到个，最多记录到42个。个。v雷电及其主要参数雷云电荷分布图a）负下行雷的光学照片描绘图；b）放电过程中雷电流的变化情况负雷云下行雷的过程 雷电先导的数学模型雷电先导的数学模型v雷电先导通道中的电荷雷电先导通道中的电荷Q与与预期雷电流
16、幅值的关系预期雷电流幅值的关系:Q=(I/25)1/0.7v迎面先导产生的条件迎面先导产生的条件当大地、导线、避雷线与雷电先导的当大地、导线、避雷线与雷电先导的间隙中的场强超过临界场强时，物体间隙中的场强超过临界场强时，物体向上发展迎面先导。向上发展迎面先导。雷电及其主要参数1)主放电通道波阻 2)雷电流波形 3)雷电流幅值概率分布 4)雷电流极性 5)重复放电次数及对地输送的电荷量 高压输电的雷电过电压与防雷保护 v雷电及其主要参数 雷电流极性雷电流极性 实测统计资料表明，不同的地形地貌，雷电流正负极性比较不同，负荷性所占比例在75%90%之间。重复放电次数重复放电次数 在一个雷云单体中，常
17、常有多个电荷密集中心，一次雷云放电也常常包含多次放电脉冲，称多重放电。根据6000次实测统计，平均重复放电23次，最多42次。放电之间的间歇时间通常为3050ms，最短为15ms，最长达700ms。高压输电的雷电过电压与防雷保护 v雷电及其主要参数 雷电流幅值概率分布 不同地区的雷电流幅值的概率分布不同，这主要与地区的纬度、地形、地貌、气象和雷暴强度有关。我国电力行业标准DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定，雷暴日超过20的地区雷电流幅值的概率分布推荐为 式中 P雷电流幅值超过I的概率；I雷电流幅值，kA。对20雷暴日及以下地区，概率分布将减小，推荐为：我省我省20
18、01年实测雷电分布年实测雷电分布1.海湾落雷密度最高,山区落雷密度次之,平原地区较低。2.山东境内落雷密度最高的是莱州湾。3.在内陆地区，泰山、沂蒙等山区的落雷密度最高。4.平原地区正闪比较高，而山区负闪比较高。实时地将地闪雷电流的极性、幅值、落雷点的经、纬度以及准确到微秒级的落雷实时地将地闪雷电流的极性、幅值、落雷点的经、纬度以及准确到微秒级的落雷时间等雷电参数探测并实时记录下来。经过分析计算和积累，可以准确地掌握该时间等雷电参数探测并实时记录下来。经过分析计算和积累，可以准确地掌握该系统所覆盖范围内的雷电活动规律。系统所覆盖范围内的雷电活动规律。山东省山东省2002年实测雷电情况年实测雷电
19、情况山东省一年中雷电频度分布山东省一年中雷电频度分布山东省山东省2002年实测雷电密度分布年实测雷电密度分布红红36以上，兰以上，兰21-35，紫紫11-20，黄，黄7-10，浅兰浅兰3-6 ，浅绿浅绿1-2 2002年和年和2003年各地区雷电日统计年各地区雷电日统计地区2002年（全年）2002年（1-7）2003年（1-7）德州171221莱芜121215滨州181421青岛201011济南191122淄博261825聊城151218山东省雷电流强度分布山东省雷电流强度分布部颁标准规定雷电流强度分布与我省实测雷电强度分布：部颁标准规定雷电流强度分布与我省实测雷电强度分布：2001年我省雷
20、电流强度分布年我省雷电流强度分布雷电流强度雷电流强度I Ik k(kA(kA)100kA80kA60kA40kA20kA部颁标准规定雷电流强度分布（部颁标准规定雷电流强度分布（%）7.312.3320.8035.1159.26国内实测闪电强度分布百分比（国内实测闪电强度分布百分比（%）5.639.9418.2035.0668.96我省实测闪电强度分布百分比（我省实测闪电强度分布百分比（%）0.351.83.8916.3867.18我省雷电流强度分布我省雷电流强度分布2002年我省雷电流强度分布年我省雷电流强度分布1999年我省雷电流强度分布年我省雷电流强度分布输电线路输电线路 雷击跳闸雷击跳闸
21、架空输电线路上的感应过电压架空输电线路上的感应过电压 当雷击线路附近的地面时，会在架空线路的三相导线上出现感应过电压（感应雷）。形成过程：在雷电放电的先导阶段，在先导通道中充满了电荷，它对导线产生静电感应，在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。因为先导的发展速度很慢，所以在上一过程中导线的电流不大。雷击大地后，主放电开始，先导通道中的电荷被中和。导线上的束缚电荷也瞬时变为自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定。输电线路的几种常见雷电过电压输电线路的几种常见雷电过电压第一种是：架空线路上的感应过电压即雷击发生在架空线路的附近，通过
22、电磁感应在输电线路上产生的过电压；第二种是直击雷过电压，即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。高压输电线路雷电过电压v雷电过电压 1)直击雷过电压2)感应雷过电压 雷电直击线路导线a）先导阶段；b）主放电阶段感应雷过电压的形成 实际上，主放电的速度有限。被释放的束缚电荷将对称地向导线两侧流动，电荷流动形成的电流i乘以导线的波阻Z即为向两则流动的静电感应过电压流动波u=iZ。由于主放电通道是和导线互相垂直的，所以互感不大，即电磁感应不大。因此电磁分量要比静电分量小得多，后者约为前者的五倍。又由于两种分量出现最大值的时刻也不同，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。线路上
23、的感应过电压为随机变量，其最大值可达300kV400kV，（导线与避雷线间空气间隙的平均击穿强度为700kV/m）一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。为了对感应过电压的值有一个数量级的概念，可以用下式进行粗略的估算式中，I：主放电电流（kA）hc：导线平均高度（m）S：雷击点距线路的距离（m）25sIhcUg422iZZiu 架空输电线路上的直击雷过电压架空输电线路上的直击雷过电压 雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况，a、绕过避雷线击于导线；b、雷击杆塔顶部；c、雷击避雷线中央部分。a a、当雷击于导线时、当雷击于导线时，导线的电位可按下式计算：即使以绝缘很强的500kV线路来说，
24、不难算出在1015kA的雷电流下也将发生闪络，而出现等于及大于这一电流的概率是很大的（8173%），因此，采取措施减少雷击于导线是很重要的。雷击架空线路导线产生的绕击雷电过电压：USZ0ZSI/(2Z0+ZS)=100I b b、雷击线路杆塔顶部，、雷击线路杆塔顶部，很大的电流igt流过杆塔入地。对一般高的杆塔，塔身可用等值电感Lgt代替，其冲击接地电阻为Rch，于是塔顶电位为：dtdiLiRUgtgtgtchgt*冲击接地电阻Rch对Ugt起很大的作用，当Rch达上百欧时它对Ugt的值将起决定性的作用。杆塔电感在特高塔或大跨越时会起决定作用。c c、雷直击于档距中央的避雷线，、雷直击于档距中
25、央的避雷线，当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压，可用下式计算：aLdtdiLUbb22 式中Lb为半档避雷线的电感，a为雷电流陡度。从世界各国运行的情况看在档中发生相地线间的闪络是很少见的。平原地区为0.25，山丘地区为0.43雷击杆塔塔顶造成反击雷击杆塔塔顶造成反击v因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。v塔顶电位：塔顶电位：导体电位：导体电位：绝缘子电压：绝缘子电压：v如取固定波头长度如取固定波头长度t2.6
26、s，则，耐雷水平为：，则，耐雷水平为：U gt=Rch+Lgtdi/dt=I(Rch+Lgt/2.6)Ud=kUgt-hd(1-k)Uj=Ugt-(kUgt-hd(1-k)=I(Rch+Lgt/2.6+hd/2.6)(1-k)6.216.21c0cgttai%501hkhhLkhhRkuI雷击避雷线雷击避雷线线路档距中央击穿的情况线路档距中央击穿的情况v线路档距中央空气间隙的线路档距中央空气间隙的U50%为：为：750Sv雷电流陡度在雷电流陡度在30kA/s下，不发生线路档距中央击穿的条件：下，不发生线路档距中央击穿的条件：S1.17%L（取线路波阻；波速（取线路波阻；波速；电晕系数：；电晕系
27、数：0.25)规程要求值：规程要求值：S1.2%L+1长档距和长档距和500KV线路时：线路时：US=（1-k)Z0ZSI/(2Z0+ZS)S（1-k)Z0ZSI/(2Z0+ZS)750高压输电的雷电过电压与防雷保护 v特高压架空输电线路上的雷电绕击与保护雷电绕击线路电气几何模型 绕击线路等值电路 高压输电的雷电过电压与防雷保护 v高压架空输电线路上的雷电反击与保护 特高压架空输电线路由于采用避雷线且绝缘子串和空气间隙的雷电冲击放电电压很高，当雷击塔顶或其附近避雷线反击时的雷电流(耐雷水平)幅值大、出现概率小，一般无需采取其他措加以防护。雷击塔顶或其附近避雷线出现反击闪络的雷电流与杆塔高度关系
28、很大。这主要是因为杆塔高度较高时，雷电流流经杆塔时在悬挂绝缘子串的杆塔横担处形成的杆塔感应电压降分量变大。其次，塔高后导线悬挂高度也必然提高。这自然加大了雷击时导线上感应过电压的分量。杆塔接地电阻自然也是影响反击耐雷水平一个因素。当杆塔接地电阻相同时，杆塔高度越高则反击耐雷水平将越低。一般情况下，电压等级越高，反击耐雷水平越高。国外高压输电线路雷击跳闸率国外高压输电线路雷击跳闸率 0.88/0.630.360.360.120.120.090.090.870.870.530.530.350.35220220（230230）330330（345345）500500日本日本俄罗斯俄罗斯美国美国 国家
29、国家电压等级电压等级kVkV据统计，美国、日本和俄罗斯等几个国家的高压和超据统计，美国、日本和俄罗斯等几个国家的高压和超高压输电线路的雷击跳闸率。高压输电线路的雷击跳闸率。（单位：次（单位：次/100km.a）我国架空输电线路典型杆塔耐雷水平和雷击跳闸率 电压等级（kV）500 220 110 雷击杆塔时，耐雷水平（kA）177125 11076 6341 雷绕击导线时，耐雷水平（kA）21.4 12 7 平原 跳闸率(次/百公里年)0081 025 083 山区 跳闸率(次/百公里年)0.170.42 0.270.95 1.182.01 v以以0404年为例：山东电网高压输电线路跳闸情况：年
30、为例：山东电网高压输电线路跳闸情况：110-500kV110-500kV输电线路共跳闸输电线路共跳闸5656次，跳闸率次，跳闸率0.310.31次次/百公里百公里年。雷击跳闸成为引起输电线路跳闸的主要因年。雷击跳闸成为引起输电线路跳闸的主要因素之一，仅次于外力破坏。其中：素之一，仅次于外力破坏。其中：v500kV500kV跳闸跳闸7 7次，跳闸率次，跳闸率0.320.32次次/百公里百公里年，年，3 3次雷击跳闸，跳闸率次雷击跳闸，跳闸率0.1370.137次次/百公里百公里年；年；v220kV220kV跳闸跳闸2929次，跳闸率次，跳闸率0.280.28次次/百公里百公里年；年；1111次雷
31、击跳闸，跳闸率次雷击跳闸，跳闸率0.1060.106次次/百公里百公里年；年；18.62%3.34%78.05%500千伏330千伏220千伏04年国家电网公司雷击情况v04年国家电网公司年国家电网公司220千伏及以上架空输电线路共发生跳闸千伏及以上架空输电线路共发生跳闸1189次，雷次，雷击跳闸击跳闸419次，占线路跳闸总数的次，占线路跳闸总数的35.24%。是各类线路跳闸原因中的第。是各类线路跳闸原因中的第一位，严重威胁着电网安全稳定运行。一位，严重威胁着电网安全稳定运行。各电压等级线路雷击跳闸次数的分布各电压等级线路雷击跳闸次数的分布13%12%32%38%5%华北电网东北电网华东电网华
32、中电网西北电网各种影响因素的统计分析各种影响因素的统计分析0.10090.11570.16540.19680.18080.17460.14270.13290.22310.31370.27500.257300.050.10.150.20.250.30.352001年2002年2003年2004年500千伏330千伏220千伏36%64%小于 15度15度 以上75%20%5%边相中相三相45%55%反击绕击29%40%31%平原山地丘陵输电线路雷害事故分析 雷击故障特点v从多年的运行情况看，山区线路雷击跳闸和杆塔接地电阻的从多年的运行情况看，山区线路雷击跳闸和杆塔接地电阻的相关性并不密切相关性并
33、不密切,与地形、杆型及保护角的关系更为密切。与地形、杆型及保护角的关系更为密切。v耐张杆的击杆率比直线杆高耐张杆的击杆率比直线杆高1至至2.5倍。倍。v山区线路一般都存在易击区段或某些频发性雷击杆塔。山区线路一般都存在易击区段或某些频发性雷击杆塔。v目前高压线路防雷设计主要考虑的因素是反击目前高压线路防雷设计主要考虑的因素是反击,而造成山区而造成山区线路雷击跳闸主要原因是绕击。线路雷击跳闸主要原因是绕击。v重合成功率较高重合成功率较高 我省我省220kV220kV及以上线路雷击跳闸重合成功率及以上线路雷击跳闸重合成功率可达可达85.7%85.7%。雷击故障特点山区线路故障率高v山区线路特殊的地
34、理环境，成为雷击的易击区段。山区线路特殊的地理环境，成为雷击的易击区段。v位于山顶的杆塔易遭雷直击，加上杆塔接地电阻偏高，易反位于山顶的杆塔易遭雷直击，加上杆塔接地电阻偏高，易反击。击。v位于山坡的杆塔，由于地面倾角使靠近坡底的边相保护角增位于山坡的杆塔，由于地面倾角使靠近坡底的边相保护角增大，导致避雷线保护失效而对导线产生绕击。大，导致避雷线保护失效而对导线产生绕击。v在两山峰之间易形成大跨越段，线段下方为几十米的深沟，在两山峰之间易形成大跨越段，线段下方为几十米的深沟，易形成风口；同时，两档距较大，导线弧垂大，风偏严重，易形成风口；同时，两档距较大，导线弧垂大，风偏严重，在大风情况下，避雷
35、线失去对导线的保护，雷电绕击导线档在大风情况下，避雷线失去对导线的保护，雷电绕击导线档距中央，形成雷电行波在线路绝缘相对较弱的杆塔绝缘子处距中央，形成雷电行波在线路绝缘相对较弱的杆塔绝缘子处发生击穿，导致线路跳闸。发生击穿，导致线路跳闸。雷击故障特点绕击是我省输电线路雷击跳闸主要原因v多年来，我省线路雷击跳闸中，绕击跳闸占雷击跳闸的多年来，我省线路雷击跳闸中，绕击跳闸占雷击跳闸的70%以上。以上。v造成我省输电线路雷击跳闸主要原因是绕击的原因可能有几造成我省输电线路雷击跳闸主要原因是绕击的原因可能有几个方面。个方面。首先，线路的绕击耐雷水平是远低于其反击耐雷水平的首先，线路的绕击耐雷水平是远低
36、于其反击耐雷水平的,对超高压线对超高压线路，前者一般为十几或二十几路，前者一般为十几或二十几kA，而后者可达上百，而后者可达上百kA。我省雷电流。我省雷电流幅值概率表明绝大部分雷电强度落在幅值概率表明绝大部分雷电强度落在20kA附近及以下，该雷电强度附近及以下，该雷电强度接近或超过了雷电绕击导线的线路的耐雷水平。接近或超过了雷电绕击导线的线路的耐雷水平。雷雨过程中，伴随着大风，使导线常常失去避雷线的保护。雷雨过程中，伴随着大风，使导线常常失去避雷线的保护。我省输电线路由于防污闪的需要，加强了输电线绝缘，使其抗反击我省输电线路由于防污闪的需要，加强了输电线绝缘，使其抗反击耐雷水平有了较大的提高等
37、。耐雷水平有了较大的提高等。输电线路防雷基本原则输电线路防雷基本原则n线路防雷常用的四道防线及常规措施线路防雷常用的四道防线及常规措施n保护导线尽量减少雷击保护导线尽量减少雷击-选择线路路径、采用选择线路路径、采用避雷线、电缆、避雷针等避雷线、电缆、避雷针等n雷击塔顶和避雷线，绝缘不闪络雷击塔顶和避雷线，绝缘不闪络-减小杆塔接减小杆塔接地电阻、适当增加绝缘，有时加耦合地线或在个别地电阻、适当增加绝缘，有时加耦合地线或在个别杆塔加线路避雷器、不平衡绝缘等。杆塔加线路避雷器、不平衡绝缘等。n闪络后不引起稳定的工频电弧闪络后不引起稳定的工频电弧-减小绝缘上的减小绝缘上的工频电场强度，或采用中性点不接
38、地系统。工频电场强度，或采用中性点不接地系统。n跳闸也不中断供电跳闸也不中断供电-自动重合闸、双回路、环自动重合闸、双回路、环网供电。网供电。防雷措施及对策防雷措施及对策 v1加大运行维护力度加大运行维护力度v2降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻 v3利用斜拉线分流利用斜拉线分流 v4加装耦合地线或改善接地射线加装耦合地线或改善接地射线 v5降低雷电绕击率降低雷电绕击率 v6提高输电设备的绝缘水平提高输电设备的绝缘水平 v7加大科研力度，加大科研力度，积极推广雷电定位等系统积极推广雷电定位等系统的实用化进程，注意防雷基础数据的积累的实用化进程，注意防雷基础数据的积累 绝缘子串雷电冲击伏秒特性绝缘
39、子串雷电冲击伏秒特性25片28片31片34片tV(kVV(kV)V(kV)V(kV)2333035503930425032830300033603650426302810308033305250026902940314072330250027402920102260240026252800142200237525602720-t/4-t/1.5-t/0.80123u(t)=a+a e+a e+a e杆塔模型 在工程计算，杆塔被等效为集中参数的电感或分布参数长线。杆塔波阻抗，杆塔电感，相应的波速，模型如下：酒杯塔仿真模型雷电模型：经计算，其双指数波形的表达式为：mi=A Ie x p(-t)-e
40、 x p(-t)降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻是降低杆塔接地电阻是110110kVkV及以上线路基本及以上线路基本的防反击措施，的防反击措施，对对220kV220kV铁塔，高度为铁塔，高度为25.625.6米，米，双避雷线，绝缘子按双避雷线，绝缘子按1313片片XP-4.5XP-4.5计算，杆塔接计算，杆塔接地电阻取地电阻取77，根据规程，雷击杆塔的耐雷水，根据规程，雷击杆塔的耐雷水平：平：6.2)1(6.2)()1(05000ccgttaihkhhLkhhRku 按照（规程）中的按照（规程）中的110500kV110500kV线路的杆塔尺寸和绝缘子的线路的杆塔尺寸和绝缘子的
41、50%50%雷电冲击雷电冲击绝缘水平，对不同杆塔接地电阻计算出各自的耐雷水平如表。绝缘水平，对不同杆塔接地电阻计算出各自的耐雷水平如表。电压等级电压等级(kV)110220500接地电阻接地电阻()715305071530507153050耐雷水平耐雷水平(kA)634124161107648321771258155I=110（kA）防雷措施及效果分析防雷措施及效果分析接地电阻对接地电阻对220kV220kV线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸率的影响线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸率的影响接地电阻接地电阻Ri（）15710152030耐雷水平耐雷水平I（kA）16712411094766348雷击跳
42、闸率雷击跳闸率N0.240.29 0.380.550.841.151.63耐雷水平随着杆塔接地电阻的减小而提高，雷击跳闸率相应降低。存在的问耐雷水平随着杆塔接地电阻的减小而提高，雷击跳闸率相应降低。存在的问题是：对山区高电阻率地区的杆塔，技术经济比较，降低接地电阻的可能性题是：对山区高电阻率地区的杆塔，技术经济比较，降低接地电阻的可能性不大；另一方面降低杆塔接地电阻对提高线路的绕击耐雷水平作用不大。不大；另一方面降低杆塔接地电阻对提高线路的绕击耐雷水平作用不大。线路耐雷水平随着杆塔的接地电阻的增加而降低，雷击跳闸率相应上升，如将 220kV 线路接地电阻从 10降低到 5，雷击跳闸率可降低四十
43、七点三个百分点。由于雷电流强度概率分布的固有特点：低幅值的雷电流出现的概率较大，高幅值雷电流出现的概率明显较少，杆塔接地电阻的作用显得更加重要。注：*根据规程中的雷电流强度分布计算值，*实测的雷电流强度概率分布计算值 接地电阻对220kV线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸接地电阻对220kV线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸率的影响率的影响00.20.40.60.811.21.41.61.8接地电阻Ri（）157101520耐雷水平I（百kA）雷击跳闸率N*雷击跳闸率N*加强线路绝缘加强线路绝缘 增加绝缘子片数提高线路绝缘水平。增加线路的外绝缘，有利于增加绝缘子片数提高线路绝缘水平。增加线路的外绝缘，
44、有利于提高绝缘子的闪络电压和线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。湖北的统计提高绝缘子的闪络电压和线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。湖北的统计表明表明(1999(1999年年6 6月高电压技术第月高电压技术第2525卷第卷第2 2期：湖北省超高压输电线路故障跳闸期：湖北省超高压输电线路故障跳闸统计分析统计分析)：500kV500kV线路每相线路每相2525片绝缘子的线路雷击跳闸率为片绝缘子的线路雷击跳闸率为0.3340.334次次/百公百公里里年，而每相年，而每相2828片的则为片的则为0.0870.087次次/百公里百公里年，相差近年，相差近4 4倍。增加外绝缘受倍。增加外绝缘受制于杆塔头部的结构和
45、尺寸，只在高海拔地区和雷电活动强烈地段才采用制于杆塔头部的结构和尺寸，只在高海拔地区和雷电活动强烈地段才采用这种方法。这种方法。另一方面，理论计算表明结构相似且接地电阻相同、导线和避雷线另一方面，理论计算表明结构相似且接地电阻相同、导线和避雷线及其布局相同、绝缘子型号和片数一致的情况下，杆塔的高度越高，其耐及其布局相同、绝缘子型号和片数一致的情况下，杆塔的高度越高，其耐雷水平反而降低，雷击跳闸率升高，这主要是因为：杆塔越高，杆塔的电雷水平反而降低，雷击跳闸率升高，这主要是因为：杆塔越高，杆塔的电感越大，流过杆塔时雷电流产生的幅值越高，同时，杆塔越高，大地的屏感越大，流过杆塔时雷电流产生的幅值越
46、高，同时，杆塔越高，大地的屏蔽作用越小。蔽作用越小。因此，增加绝缘子的片数，能提高线路绝缘子的耐雷水平，但由于杆塔因此，增加绝缘子的片数，能提高线路绝缘子的耐雷水平，但由于杆塔结构及高度的变化，大地及地线屏蔽作用的弱化导致绕击概率增大，这些结构及高度的变化，大地及地线屏蔽作用的弱化导致绕击概率增大，这些均将影响防雷效果，因此对低电压等级线路，是一种较好的办法。均将影响防雷效果，因此对低电压等级线路，是一种较好的办法。改变绝缘子片数，即其伏秒特性曲线改变改变绝缘子片数，即其伏秒特性曲线改变,得到不同片数下的仿真结果得到不同片数下的仿真结果如下：如下：雷击杆塔的耐雷水平：雷击杆塔的耐雷水平：30片
47、片 31片片 32片片 33片片 34片片 注：以上均为平原上的值注：以上均为平原上的值线路一旦建成，能够提高耐雷水平的措施基本上只有两条，一是降低线路一旦建成，能够提高耐雷水平的措施基本上只有两条，一是降低杆塔接地体的冲击接地电阻，另外一个是适度增加绝缘子的片数以提高杆塔接地体的冲击接地电阻，另外一个是适度增加绝缘子的片数以提高U50%放电电压。放电电压。1I=189.3kA 跳闸率：n=0.02 规程法计算值为n=0.03081I=200.0kA 跳闸率：n=0.0146 规程法计算值为n=0.02621I=210.9kA 跳闸率：n=0.0107 规程法计算值为n=0.02251I=21
48、9.8kA 跳闸率：n=0.00829 规程法计算值为n=0.01941I=226.7kA 跳闸率：n=0.00674 规程法计算值为n=0.0167提提 高高 U U5 50 0%放放 电电 电电 压压 对对 降降 低低 雷雷 击击 跳跳 闸闸 率率 的的 作作 用用。不不 同同 绝绝 缘缘 子子 串串 的的U U5 50 0%放放 电电 电电 压压 绝绝 缘缘 子子 串串 型型 号号 U U5 50 0%（k kV V）2 28 8 X XP P-1 16 6 2 24 46 66 6 2 29 9 X XP P-1 16 6 2 25 55 50 0 3 30 0 X XP P-1 16
49、 6 2 26 63 35 5 3 31 1 X XP P-1 16 6 2 27 71 19 9 当当 绝绝 缘缘 子子 串串 的的 片片 数数 增增 加加3 3 片片 时时，U U5 50 0%放放 电电 电电 压压 增增 加加1 10 0%，雷雷 塔塔 顶顶 部部 的的 耐耐 雷雷 水水 平平 也也 增增 加加 1 10 0%。根根 据据 雷雷 击击 跳跳 闸闸 率率 的的 计计 算算 公公 式式，对对5 50 00 0k kV V 线线 路路，如如 果果雷雷 击击 跳跳 闸闸 主主 要要 是是 由由 于于 雷雷 击击 杆杆 塔塔 顶顶 部部 引引 起起 的的，那那 么么 增增 加加3
50、3片片 绝绝 缘缘 子子 可可 使使 雷雷 击击 跳跳 闸闸 率率 降降 低低 2 27 7%。如如 果果 雷雷 击击 跳跳 闸闸 主主 要要 是是由由 于于 雷雷 绕绕 击击 线线 路路 引引 起起 的的，那那 么么 增增 加加 3 3 片片 绝绝 缘缘 子子 可可 使使 雷雷 击击 跳跳闸闸 率率 降降 低低 1 13 3.2 2%。对葛双一回和葛双二回线路的雷击跳闸率分析的结果表明，尽管两回线路对葛双一回和葛双二回线路的雷击跳闸率分析的结果表明，尽管两回线路所处的气象条件和地理环境相同，但由于二回线路的绝缘设计不同（前者为所处的气象条件和地理环境相同，但由于二回线路的绝缘设计不同（前者为
