導(dǎo)語(yǔ)：架空線路防雷保護(hù)分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(hù)--1999《導(dǎo)則》介紹之一。

關(guān)鍵詞：架空線路防雷保護(hù)雷電流絕緣子串雷擊跳閘自動(dòng)重合閘

0前言

俄羅斯1999年《導(dǎo)則》〔2〕(以下簡(jiǎn)稱99《導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)西方和中國(guó)的博士學(xué)位)，7位有名工程師。總結(jié)和吸收了從1954年以來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和科研成果以及國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。因此內(nèi)容上從1954年版《導(dǎo)則》［1］7章13個(gè)附錄，共95頁(yè)擴(kuò)充為三部分9章34個(gè)附錄，共353頁(yè)。有《架空線路和變電所耐雷性計(jì)算的電子計(jì)算機(jī)專用程序(稞忪)7個(gè)》。總結(jié)和吸收了從1954年以來(lái)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和科研成果以及國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。因此，內(nèi)容上比1954年《導(dǎo)則》〔1〕(以下簡(jiǎn)稱54《導(dǎo)則》)大大擴(kuò)充了，具有很多新內(nèi)容。作者擬作一系列介紹報(bào)導(dǎo)。本文《俄羅斯110～1150kV架空線路防雷保護(hù)》為之一。

99《導(dǎo)則》關(guān)于《110～1150kV架空線路防雷保護(hù)》俄羅斯1999《導(dǎo)則》［2］架空線路防雷保護(hù)內(nèi)容從54《導(dǎo)則》［1］1章(第5章)29條正文規(guī)定和4個(gè)附錄共23頁(yè)擴(kuò)充為3章(第6、7、8章)63條正文規(guī)定和13個(gè)附錄，共161頁(yè)。比54《導(dǎo)則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕擴(kuò)充了很多，因此，本文僅介紹新內(nèi)容、新觀點(diǎn)。

1防雷保護(hù)計(jì)算中幾個(gè)與雷電相關(guān)的參數(shù)



眾所周知，防雷保護(hù)計(jì)算中要用很多個(gè)與雷電相關(guān)的參數(shù)，不一一敘述，僅就99《導(dǎo)則》〔2〕不同于54《導(dǎo)則》〔1〕和我國(guó)現(xiàn)行DL/T620-1997〔3〕及DL/T621-1997〔4〕的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行論述。

1.1雷電流幅值和陡度

自然雷電流波形，世界各國(guó)測(cè)得的對(duì)地雷電流波形基本一致，多數(shù)是單極性重復(fù)脈沖波，少數(shù)為較小的負(fù)過(guò)沖。一次對(duì)地雷擊中，含有很多個(gè)脈沖，第1脈沖和后續(xù)脈沖，最多記錄到42個(gè)，平均為2～3個(gè)。脈沖波前是相當(dāng)復(fù)雜的形狀，不是固定陡度。在防雷計(jì)算中，人為地進(jìn)行加工處理，采用固定斜角波陡度來(lái)替代。實(shí)測(cè)得的分散性很大，所以在防雷計(jì)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(guān)。

99《導(dǎo)則》〔2〕介紹實(shí)測(cè)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(zhǎng)達(dá)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(zhǎng)達(dá)170μs。也就是說(shuō)，一次對(duì)物體雷擊中，被擊物中流過(guò)一連串的不同陡度，不同幅值的波長(zhǎng)100μs上脈沖波。

過(guò)去架空線路電壓等級(jí)不高，在220kV及以下，桿塔高度不高，54《導(dǎo)則》〔1〕中架空線路耐雷強(qiáng)度計(jì)算，僅考慮第1脈沖，這是因?yàn)楹罄m(xù)脈沖引起線路絕緣閃絡(luò)概率遠(yuǎn)低于第1脈沖的。但隨著電壓等級(jí)升高，多回同桿架設(shè)，大跨越桿塔，桿塔電感大，99《導(dǎo)則》〔2〕中，要求評(píng)估很大電感的桿塔耐雷強(qiáng)度時(shí)考慮后續(xù)脈沖，99《導(dǎo)則》中同時(shí)指出:變電所防雷保護(hù)計(jì)算中應(yīng)考慮第1脈沖和后續(xù)脈沖。

我國(guó)DL/T620-1997〔3〕中，評(píng)估架空線路耐雷強(qiáng)度和變電所防雷保護(hù)計(jì)算，僅考慮了第1脈沖，看來(lái)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(guó)對(duì)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(zhǎng)、寬、高(架空線路按避雷線懸掛平均高度)來(lái)推算等效地面面積。等效面積乘以對(duì)地雷擊密度ρ0獲得該被擊物雷擊次數(shù)。對(duì)地雷擊密度ρ0是指在一個(gè)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(dǎo)則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕是以"雷暴日數(shù)"與ρ0相關(guān)來(lái)推算。實(shí)測(cè)證明，"雷暴日數(shù)"與ρ0有很弱的關(guān)聯(lián)。99《導(dǎo)則》〔2〕改用"雷暴小時(shí)數(shù)"與ρ0相關(guān)來(lái)推算，這是前進(jìn)了一步。目前，可依據(jù)儀器測(cè)量的累積統(tǒng)計(jì)資料，繪制全國(guó)ρ0分布圖。

曾有文指出，靠"雷暴日數(shù)"或"雷暴小時(shí)數(shù)"分布圖來(lái)推算ρ0會(huì)入誤判。因?yàn)?雷暴日數(shù)"或"雷暴小時(shí)數(shù)"是按預(yù)報(bào)點(diǎn)在這一日內(nèi)或1h內(nèi)只要有一次雷暴來(lái)定義的，未表明在這一個(gè)雷暴日或一個(gè)雷暴小時(shí)內(nèi)雷電活動(dòng)持續(xù)多久或雷擊密度，以及至報(bào)告點(diǎn)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(dǎo)則》〔2〕亦指出了平原和山地雷擊強(qiáng)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(duì)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(guò)野外的地方減少很多。由于這些原因，使得設(shè)計(jì)測(cè)算與實(shí)際運(yùn)行不一致。

中國(guó)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)期(幾十年)無(wú)雷擊。

1.3架空線路桿塔接地沖擊電阻

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

2架空線路絕緣子串中個(gè)數(shù)選擇

所有電壓等級(jí)架空線路絕緣子型式、個(gè)數(shù)和絕緣子串長(zhǎng)度不是根據(jù)防雷保護(hù)理由而是根據(jù)工作電壓來(lái)選擇。99《導(dǎo)則》〔2〕中除54《導(dǎo)則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕有關(guān)規(guī)定之外，在正文第8章《110kV及以上架空線路防雷保護(hù)措施選擇》第8.7.2條關(guān)于絕緣子串中個(gè)數(shù)選擇增加1款規(guī)定，這是54《導(dǎo)則》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕中沒(méi)有的，即"為了保證線路絕緣25年不檢修運(yùn)行周期，實(shí)施在絕緣子串中增加絕緣子個(gè)數(shù)"。

俄羅斯對(duì)架空線路實(shí)施25年不檢修運(yùn)行周期的規(guī)定，這是適應(yīng)"減人增效"發(fā)展要求的，過(guò)去"零值絕緣子"的檢測(cè)和更換工作量很大，以后實(shí)施在絕緣子串中增加"零值"儲(chǔ)備，保證在25年運(yùn)行周期內(nèi)不檢測(cè)和更換"零值"絕緣子。從99《導(dǎo)則》〔2〕參考圖表數(shù)據(jù)來(lái)看，大致上比DL/T620-1997〔3〕多1～3個(gè)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(zhǔn)則，俄羅斯已發(fā)展成全國(guó)統(tǒng)一電力系統(tǒng)。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)，對(duì)用戶供電可靠性，由電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度自動(dòng)控制來(lái)保證。所以，99《導(dǎo)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(hù)措施選擇是依據(jù)線路斷路器操作資源準(zhǔn)則。"

斷路器操作資源是出廠技術(shù)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(duì)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(lái)計(jì)算的。

99《導(dǎo)則》〔2〕附錄28專門介紹了將不同型式斷路器出廠技術(shù)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(jì)劃?rùn)z修平均周期(年數(shù))，換算成實(shí)際線路沿全長(zhǎng)均勻分布短路點(diǎn)(不同短路點(diǎn)、不同短路電流)時(shí)的操作資源，將其全部耗盡，為該線路允許雷擊跳閘絕對(duì)次數(shù)。

99《導(dǎo)則》附錄26和附錄27制作了不同電壓等級(jí)、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(hù)角)、不同絕緣子串中的個(gè)數(shù)、不同線路長(zhǎng)度，通過(guò)不同雷電小時(shí)地區(qū)時(shí)，保證架空線路雷擊跳閘絕對(duì)次數(shù)不超過(guò)采用的不同型式線路斷路器操作資源允許時(shí)，要求桿塔接地電阻計(jì)算值(Ω)的參考圖表，除方便使用外，提出一個(gè)重要新觀點(diǎn)：即不是按耐雷水平和土壤電阻率來(lái)要求桿塔接地電阻值(Ω)。

99《導(dǎo)則》第8章最后在展望將來(lái)中指出“在SF6斷路器廣泛采用和它們運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累，架空線路防雷保護(hù)措施綜合選擇準(zhǔn)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(guò)電壓和短路電流作用于它的很敏感的其他變電設(shè)備(例如，電力變壓器)的狀況”。

4架空線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和防雷措施

4.1110～750kV架空線路運(yùn)行指標(biāo)

110～330kV架空線路耐雷運(yùn)行指標(biāo)，各地相差很大，這主要是由于山地條件的雷電活動(dòng)水平和土壤電阻率以及桿型結(jié)構(gòu)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(biāo)稱電壓等級(jí)和架空線路結(jié)構(gòu)(桿型、避雷線根數(shù)和布置，接地電阻)等有關(guān)。隨著架空線路標(biāo)稱電壓等級(jí)升高，線路絕緣沖擊強(qiáng)度提高，架空線路總耐雷性提高，反擊閃絡(luò)跳閘占的百分?jǐn)?shù)下降。但是，隨著電壓等級(jí)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(biāo)和防雷保護(hù)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(shí)反擊閃絡(luò)率高，是110kV架空線路雷擊跳閘的主要原因，對(duì)這種單柱混凝土桿架空線路雷電繞擊導(dǎo)線跳閘占的比例不超過(guò)15％。對(duì)其他桿型，這個(gè)值還要低一些。比較好的耐雷指標(biāo)(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(jì)。

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(dǎo)線區(qū)內(nèi)懸掛第2根避雷線(國(guó)內(nèi)稱耦合線)，是改善導(dǎo)線靜電屏蔽，降低雷擊桿塔和避雷線時(shí)的反擊閃絡(luò)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(shí)跳閘次數(shù)。

(2)220kV架空線路，耐雷指標(biāo)隨著架空線路結(jié)構(gòu)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(luò)。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(biāo)。

(3)330kV架空線路基本上是用金屬桿塔。按機(jī)械荷載，混凝土桿應(yīng)是Π型。同220kV架空線路相比，絕緣沖擊強(qiáng)度增高了，相應(yīng)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(biāo)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(shí)，雷擊跳閘率比單避雷線實(shí)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(hù)。500kV和750kV架空線路雷電繞擊閃絡(luò)是雷擊跳閘主要起因。若進(jìn)一步減小絕緣子串長(zhǎng)度，降低絕緣沖擊強(qiáng)度，同時(shí)使得避雷線與導(dǎo)線之間垂直距離縮短，將會(huì)增大雷電繞擊率。這對(duì)避雷線正保護(hù)角架空線路，是一個(gè)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(dòng)。

(5)北方哈克斯坦1150kV架空線路雷擊跳閘率，在標(biāo)稱電壓運(yùn)行時(shí)100km年為0.4(1150kV架空線路降壓500kV運(yùn)行時(shí)不應(yīng)跳閘)。1150kV架空線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總量為16700km年(從1986年～1995年)，其中在標(biāo)稱電壓運(yùn)行為3000km年。在1150kV架空線路運(yùn)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(dǎo)線，迫切要求改善避雷線保護(hù)。提高1150kV架空線路耐雷性是要靠使用負(fù)保護(hù)角避雷線的直線桿塔和耐張轉(zhuǎn)角桿塔來(lái)保護(hù)。

(6)提高架空線路不間斷供電可靠性的后備措施是自動(dòng)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(shí)AΠB成功系數(shù)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(bǔ)償因接地困難時(shí)的架空線路耐雷水平低的情況。但是，采用AΠB不應(yīng)減少使用的防雷保護(hù)基本措施，因?yàn)榻拥囟搪窌?huì)降低變電所設(shè)備資源。

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

5結(jié)論

(1)俄羅斯99《導(dǎo)則》評(píng)估架空線路耐雷性，計(jì)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(guó)GB50057-1994(2000)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》也是這樣規(guī)定的。中國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997僅考慮了后續(xù)脈沖。

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

(3)俄羅斯99《導(dǎo)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(zhǔn)則，不再是俄羅斯54《導(dǎo)則》和中國(guó)DL/T620-1997那樣，按耐雷水平和土壤電阻率作為準(zhǔn)則。

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

6參考文獻(xiàn)

〔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(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合.

〔4〕DL/T621-1997交流電氣裝置的接地.