架空輸電線路覆冰事故分析（輸電線路運行檢修）

圖2-28安裝在輸電線路上的帶有間隙的復(fù)合外套ZnO避雷器

1-復(fù)合外套氧化鋅避雷器本體2-串聯(lián)間隙環(huán)狀電極3-固定間隙距離用的合成絕緣子4-線路絕緣子串2圖2-1

ZnO避雷器的安裝方式

江蘇220kV諫奉線長江大跨越段。

該線路跨越塔高106m，原設(shè)計為單回路，后改成為雙回線路，其頂端兩根避雷線改為運行的相導(dǎo)線，成為無避雷線的雙回路跨江段。防雷措施只好采用避雷器。

在2基高塔頂上兩相導(dǎo)線與橫擔(dān)之間安裝了日本日立公司生產(chǎn)的ZLA-X25C型MOA（這種避雷器具有0.5m串聯(lián)空氣間隙），從1989年5月到1996年11月之7年半的時間里，所裝4支避雷器共動作6相次，而線路絕緣從未發(fā)生閃絡(luò)。

廣東220kV韶郭線：

安裝了16支線路避雷器，經(jīng)過兩個完整雷雨季節(jié)的考驗，發(fā)現(xiàn)#206桿避雷器動作記數(shù)器有4次動作記錄，而線路絕緣沒有發(fā)生雷擊閃絡(luò)跳閘。實例

線路避雷器安裝的支數(shù)和部位：

(1)從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮：當(dāng)桿塔接地電阻較小(如15Ω)時，單回路線路可在邊相各安裝1支(共2支)避雷器；雙回路線路則在下導(dǎo)線各安裝1支(共2支)；當(dāng)桿塔接地電阻較大(如60Ω)時，單回路線路在三相各安裝1支(共3支)避雷器，而雙回路線路則在下側(cè)及中間或下側(cè)及上側(cè)的對稱相各安裝1支(共3支)。注意：桿塔接地電阻較大時，在某些安裝方式下(如安裝2支)，避雷器是不能承受≥300kA的雷電流的。

(2)雷擊故障多發(fā)的桿塔或易擊相上。

(3)高度很高或大跨越等易發(fā)生雷擊，且可靠性要求很高的桿塔上。

(4)對于地形復(fù)雜繞擊率較高的線路，通過增強絕緣等方法仍無法有效降低雷擊跳閘率時，可以在外邊相選擇性安裝避雷器，以達到防雷效果和經(jīng)濟性的最優(yōu)選擇。

(5)一般線路，采用線路避雷器抑止反擊跳閘需要安裝三相，成本較高，因而建議采用其他措施如改造接地裝置構(gòu)型或使用降阻劑等。（1）線路避雷器價格較昂貴：

500kV線路避雷器約為8.0萬元/相，220kV線路用約0.8-1.2萬元/相。（2）線路避雷器的運行維護與檢修工作量很大。因此線路避雷器不能在所有的桿塔上使用。注意：（2）避雷絕緣子

國外近年來還著手研制采用氧化鋅元件的架空輸電線用避雷絕緣子。

避雷絕緣子功能：遇到雷擊時，通過避雷絕緣子的動作來抑制熄弧角間的電壓，使熄弧角不閃絡(luò)，變電站的斷路器無需動作，故送電不會中止。研究認(rèn)為，避雷絕緣子不僅具有防止架空輸電線路雷擊事故的應(yīng)用效果，人們還期望通過其應(yīng)用進一步降低對變電站絕緣的要求。（3）火箭引雷――通過裝在火箭上的電線（金屬導(dǎo)線）把雷引導(dǎo)到其它任意地方。

圖美國佛羅里達大學(xué)的科學(xué)家用引雷火箭制造出閃電奇觀，仿佛一把巨大的“閃電鐮刀”劈開陰沉的天空

在火箭的推進器中加入固態(tài)的銫鹽，火箭發(fā)射后銫鹽隨推進器中的氣體噴出，在火箭和發(fā)射裝置之間形成一條導(dǎo)電路徑，并在火箭到達雷雨云層后激發(fā)閃電。

2009年8月廣東省從化雷電試驗基地成功完成新型火箭引雷試驗。目前已成功引雷7次。

激光引雷——利用大能量、脈沖寬度為微妙量級的CO2激光在空氣中產(chǎn)生電離通道。特點;1無污染，2安全靈活，不受地點限制，3可以連續(xù)工作技術(shù)瓶頸：1激光器造價過高，2等離子通道的品質(zhì)有待進一步提高，3激光引雷的物理機制尚未完全揭曉9（4）裝防雷拉線

――掛于塔頂，有單獨的人工接地裝置，每根拉線可做1－2根20－30m的短線。結(jié)構(gòu)上不承受張力，松緊適度，布置方式可以為四方拉線，也可為120°三方拉線，采用GJ－35。作用：減少塔身電感，有一定的分流作用。

注意：需穿越導(dǎo)線，安裝時需要和導(dǎo)線保持足夠的空氣間隙。防繞擊避雷針l-線夾2-架空地線3-預(yù)絞絲護線條4-避雷針桿5-防振錘頭6-平衡球

防繞擊避雷針是一種結(jié)構(gòu)獨特的專利產(chǎn)品，適用在架空電力線路地線上安裝，按不同型號可適用于35kV～500kV直至1000kV輸電線路地線，截面在35～250mm2鋼絞線，鋁包鋼絞線，良導(dǎo)體絞線，光纖復(fù)合架空地線等。

在架空地線上距鐵塔橫擔(dān)中心30m、15m各裝一個。

(5)防繞擊避雷針阻尼式防繞擊避雷針（6）可控避雷針

可控放電避雷針是武漢高壓研究所經(jīng)長期防雷研究和大量的高壓試驗而取得的最新研究成果。它的保護原理是：以變化緩慢的小電流上行雷閃放電形式釋放雷云電荷，避免強烈的下行雷閃放電危害被保護對象。在雷云層形成時，雷云層底面部會產(chǎn)生大量的負(fù)電荷，雷云層負(fù)電荷的強度一般在7-15kA，雷云層的負(fù)電荷與大地間的正電荷形成一個強大的磁場，可控放電避雷針不斷吸收并貯存能量，能量貯存到一定程度時通過尖端向大氣層泄放正電荷與云中負(fù)電荷中和，提前減弱云層中負(fù)電荷的強度。從而降低繞擊率，減小放電電流，大大降低了感應(yīng)過電壓，以達到避免與減小雷擊強度，保護建筑的目的。

可控放電避雷針由針頭、接地引下線、接地裝置組成。它的針頭——由主針、動態(tài)環(huán)、貯能裝置組成。當(dāng)可控放電避雷針安裝處附近的地面電場強度較低時（如雷云離可控放電避雷針及被保護對象距離較遠(yuǎn)等情況），雷云不會對地面物體發(fā)生放電，此時可控放電避雷針針頭的貯能裝置處于貯存雷云電場能量工況，由于動態(tài)環(huán)的作用，針頭上部部件（動態(tài)環(huán)和主針針尖）處于電位浮動狀態(tài)，與周圍大氣電位差小，因此幾乎不發(fā)生電暈放電。其由主針、動態(tài)環(huán)、貯能裝置組成圖2-1可控放電避雷針（7）在線路中加裝自動重合閘或采用雷電定位系統(tǒng)(LLS)等。

LLS的組成框圖如圖2-17所示，它主要由四部分構(gòu)成：

①探測站；

②數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控制中心(簡稱中心站)；

③用戶工作站；

④雷電信息系統(tǒng)。

16可控1、引起架空輸電線路的故障的客觀和主觀原因有哪些？2、什么是雷暴日？如何劃分雷區(qū)？3、什么避雷線的保護角？避雷線對邊導(dǎo)線的保護角是如何規(guī)定的？4、線路遭受雷擊的形式有哪些？雷擊線路的表現(xiàn)和危害是怎樣？5、避雷線的主要作用有哪些？避雷線的架設(shè)是如何規(guī)定的？6、為什么有的線路在裝有避雷線的情況下依然會發(fā)生雷擊故障？如何避免？7、我國現(xiàn)有的防雷保護措施主要有哪些？還存在什么問題？8、現(xiàn)有降低桿塔接地電阻的方法有哪些？第2章思考題2、適當(dāng)加強線路絕緣

當(dāng)改善接地電阻有困難時，通過適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)（在絕緣子串上再增加1－2片絕緣子），可以提高線路絕緣水平和耐雷水平。注意：絕緣子片數(shù)增加

塔頭間隙增加

提高耐雷水平，但絕緣費用

，塔頭尺寸

成本

。對已建成投運的線路，在滿足線路正常運行和內(nèi)過電壓要求的前提下，只能在有限的范圍內(nèi)加強絕緣，這種方法采用不多，只是在高海拔地區(qū)和雷電活動強烈地段，可以考慮適當(dāng)加強絕緣。3、采用差絕緣方式－－所謂差絕緣，是指同一基桿塔上三相導(dǎo)線的絕緣有差異。

差絕緣的方式有兩種：

其一，對單回路線路，使下面兩相較之最上面一相各增加一片絕緣子。當(dāng)雷擊桿塔或上導(dǎo)線時，由于上導(dǎo)線絕緣相對較“弱”而先擊穿，雷電流經(jīng)桿塔入地，可避免兩相閃絡(luò)。此措施適宜于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，并且導(dǎo)線為三角形排列的情況。例：湖南郴州電業(yè)局和包頭供電局在雷害嚴(yán)重的一些35kV線路上應(yīng)用了這一方法，收到了事故率明顯下降的效果。據(jù)計算，采用差絕緣后，線路的耐雷水平可提高24％。

其二，對于雙回線路，可使兩回線路的絕緣配置不同，當(dāng)雷擊線路時，由于一回線路的絕緣相對較弱而先擊穿，從而避免兩回線路均閃絡(luò)。此法在山西電網(wǎng)有應(yīng)用。4、架設(shè)耦合地線

－－提高線路的反擊耐雷水平，降低反擊跳閘率，一般主要應(yīng)用在接地電阻較高的線路。據(jù)資料介紹，架設(shè)單根耦合地線相當(dāng)于降低接地電阻30％左右。

問題：

①需要驗算桿塔強度、耦合地線對導(dǎo)線及地面的距離，以及大風(fēng)時耦合地線與導(dǎo)線不同期擺動后的距離；

②線路運行維護的工作量與難度將會加大。

③從總體效果來講，采用耦合地線對改善耐雷水平的效果不太明顯，與增加兩片絕緣子的作用基本相同。

④

從經(jīng)濟性來看，其費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過增加絕緣子片數(shù)等措施。主要是增加了耦合地線的材料和施工費用，及桿塔基礎(chǔ)和重量增加的費用等。

－－沿線路在地中埋設(shè)，并可與下一基塔的桿塔接地裝置相連的l～2根接地線。耦合地埋線可起兩個作用：

①可降低接地電阻，《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》指出：采用耦合地埋線的線路對工頻接地電阻值不作要求。國內(nèi)外的運行經(jīng)驗也證明，這是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施之一。

②起一部分架空地線的作用，既有避雷線的分流作用，又有避雷線的耦合作用。據(jù)某單位的運行經(jīng)驗，在一個20基桿塔的易擊段埋設(shè)耦合地埋線后，10年中只發(fā)生一次雷擊故障。另有文獻介紹此法可降低跳閘率40％，能顯著提高線路耐雷水平。5、耦合地埋線

負(fù)角保護針：可看成裝在線路邊導(dǎo)線外側(cè)的避雷針，其目的是改善屏蔽，減小臨界擊距。具體做法是：在易遭受繞擊桿塔的橫擔(dān)處用角鋼固定在橫擔(dān)上，伸出邊相絕緣子串3m左右。其安裝方便，能有效防止繞擊的發(fā)生。參見教材P67圖4-5。6、負(fù)角保護針(側(cè)向避雷針)

對于某些緩山坡、地形開闊處，當(dāng)避雷線保護角較大時可考慮使用這一方法，目的是降低繞擊率。前提：要求桿塔有合格的接地裝置。7、升高避雷線減小保護角圖2-11跨越山谷時直線酒杯塔減小保護角效果

（a）改造前地線支架結(jié)構(gòu)（b）改造后地線支架結(jié)構(gòu)圖2-10直線酒杯塔ZB3減小保護角方案

四川達縣供電局在兩基110kV易擊桿塔上各裝2根5m長的塔頂避雷針，運行11年未發(fā)生雷擊事故。

存在問題：安裝避雷針后桿塔落雷機率將增大，是否會增加反擊？故應(yīng)計算耐雷水平及其超過此耐雷水平的概率，研究運行上能否接受。采用這一方法時還要求桿塔接地電阻R地＜10

，否則應(yīng)考慮增加絕緣子片數(shù)以加強絕緣。8、塔頂避雷針9、裝設(shè)消雷器

此裝置由我國首席防雷專家解廣潤等在70年代研究開發(fā)，其技術(shù)居世界先進行列，消雷能力是美國短針陣型消雷器的46倍?，F(xiàn)已獲中國和美國專利。

消雷器是一種新型的直擊雷防護裝置，在國內(nèi)已有十余年的應(yīng)用歷史，目前架空輸電線路上裝設(shè)的消雷器已有上千套，運行情況良好。消雷器對接地電阻的要求不嚴(yán)，其保護范圍也遠(yuǎn)比避雷針大。在實際裝設(shè)時，應(yīng)認(rèn)真解決好有關(guān)的各個環(huán)節(jié)中的問題。

（1）加裝懸掛式避雷器（見圖示）、閥型避雷器、限流引弧角等。10、其他圖2-27復(fù)合外套ZnO避雷器整體結(jié)構(gòu)示意圖1-硅橡膠裙套；2-金屬端頭；3-ZnO閥片4-高分子填充材料；5-一環(huán)氧玻璃鋼芯棒；6-吊環(huán)；7-環(huán)氧玻璃鋼筒；8-法蘭2-5輸電線路防雷保護措施（1）避雷線—防止線路遭受直擊雷，引雷入地；（2）改善線路的接地或加強線路的絕緣—保證地線遭雷擊后不引起間隙擊穿而使絕緣閃絡(luò)；（3）減小線路絕緣上的工頻電場強度或采用中性點非直接接地系統(tǒng)—保證即使線路絕緣受沖擊發(fā)生閃絡(luò)，也不至于變?yōu)閮上喽搪坊蛱l。（4）采用自動重合閘或采用雙回路或環(huán)網(wǎng)供電—保證即使線路跳閘也不至于中斷供電。四道防線由弱到強1、架設(shè)避雷線

――最基本的防雷措施之一?？墒咕€路絕緣上的電位比沒有地線時降低5倍。避雷線的作用：保護作用、分流作用、和屏蔽作用。

（1）避雷線的架設(shè)規(guī)定

35kV及以下線路：

一般只在發(fā)電廠、變電所進線1－2km處架避雷線，不需全線架設(shè)。（為什么？）(也有在始、終端加裝避雷器的。如海南省)

110kV線路：

一般地區(qū)：沿全線架設(shè)單避雷線；雷電活動強烈地區(qū)：架設(shè)雙避雷線；少雷區(qū)：可不沿全線架設(shè)避雷線，但應(yīng)裝設(shè)自動重合閘。

220kV線路：全線架設(shè)單避雷線；山區(qū)架設(shè)雙地線。

330kV及500kV線路：全線架設(shè)雙避雷線。

對于110kV以上的水泥桿或鐵塔線路，避雷線和降低接地電阻是一種最好的防雷措施。即使把雷擊過電壓降低到線路絕緣子串能允許的程度，其所增加的費用也不會超過線路總造價的10%。但是隨著電壓等級的降低，線路絕緣水平也降低，這時即使花很大的投資架設(shè)避雷線和降低接地電阻，也不能將雷擊引起的過電壓降低到這些線路絕緣所能允許的水平。

因此，對35kV及以下的水泥桿或鐵塔線路，一般不沿全線架設(shè)避雷線，但仍然需要逐基桿塔接地，以防止當(dāng)一相導(dǎo)線因雷擊而閃絡(luò)接地時，不僅良好接地的桿塔能起到避雷線的作用，在一定程度上避免其它兩相進一步閃絡(luò)，又能有效地排除單相接地故障。為什么35kV及以下線路不采用避雷線或不需全線架避雷線？（2）避雷線的保護角要求

保護角――地線與邊導(dǎo)線的連線與地線對地垂線間所夾的銳角

。希望

小些為好。

，邊導(dǎo)線得不到完全保護。

，

增加桿塔的高度

線路建設(shè)投資費用

。

一般：

＝20～30

500kV線路：

15(不大于10°)，

min

0

;

220kV及330kV線路：雙地線時：

左右；單地線時：山區(qū)：

；平原：

30

；

重冰區(qū)：

不宜過小。圖2-4避雷線保護角重點考慮防繞擊（3）接地裝置的接地電阻要求

――對于一般高度的桿塔，降低接地裝置的接地電阻是提高線路耐雷水平，防止雷擊的有效措施。

要求：R地

30

（盡可能在10

以內(nèi)）。

線路桿塔接地電阻對線路的耐雷水平影響最大，接地電阻越大，線路耐雷水平越低。耐雷水平隨線路檔距呈U型變化，即檔距較大或較小時，線路的耐雷水平均較高。圖2-5為各種桿塔典型條件下的反擊耐雷水平與接地電阻的關(guān)系。圖2-5各種桿塔典型條件下的耐雷水平

①人工改善地電阻――換土法。用低土壤電阻率的粘土置換高電阻率的土壤；利用附近工廠的廢渣、或一些有機物質(zhì)填充等。如：荊州地區(qū)：敷設(shè)絕緣混凝土（一種低電阻率的水泥），還有的單位在接地裝置下敷設(shè)牲畜日糞便等。

②引伸接地：

當(dāng)桿塔附近有可耕地、水塘或山巖大裂縫時，均可將接地引伸到這些地方，再因地制宜敷設(shè)接地體。要求：引伸接地線應(yīng)不少于2根，應(yīng)有一定