武 汉 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文
2、在变电站要加强停电清扫和带电清扫，也可加装增爬裙和涂刷RTV涂料。 3、在绝缘配置没有明显加强的情况下不能放松线路的清扫，特别应严抓清扫质量，对线路劣质绝缘子应加强检测并及时更换，严防不良绝缘子入网。
4、加强盐密测量，研究总结不同区域绝缘子的积污规律，测量的选点，选片及测量准确性应能真实反映该线路的污秽状况。
5、应结合盐密测量值，运行经验，预期的环境污染值及可能出现的恶劣气候条件，全面检查和调整污区等级划分，划分时应考虑到各种最不利条件的结合，应具有适当的前瞻性。应研究和建立电网的污情污闪预警系统，运用现代传感技术、信息技术、数据处理技术来监测线路的大气环境污染值、气象参数值、绝缘子盐密值，使之在达到临界状态时能先期预警，从而及早采取应对措施，防止大面积污闪发生。
40
武 汉 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文
第7章 襄樊地区超高压线路故障治理对策
7.1 防雷击跳闸
7.1.1雷击原因
在2004年—2005年襄樊地区超高压输电线路故障中，有4起由于雷击引起闪络跳闸引起。根据查阅相关技术文献和现场调查，主要有以下几方面的原因：
1、目前我局所维护的输电线路有多条为70年代末80年代初设计，对于线路污区分布、年雷暴日天数等技术参数均以当时的统计数据为依据，而目前随着社会的迅速发展，工业企业的发展非常快，线路运行的外部环境也发生了巨大变化。如宜昌段雷暴日的统计，在80年代统计的数据认为为40日左右，而2004年雷电观测系统数据表明该地段雷暴日已达80日以上，使输电线路遭受雷击的几率大为增加。
2、自三峡工程陆续竣工投产以来，500kV输电线路架设条次已数倍于80年代，线路架设密度的增加也在某种程度上增加了遭受雷击的几率。
3、雷电流幅值与雷云中电荷多少有关，显然是个随机变量。它又与雷电活动的频繁程度有关。我国在年平均雷暴日大于20的地区测得的雷电流幅值概率曲线可用lgP=-I/88表示，例如，当I=88 kA时，可求得P=10%即每100次雷电大约平均10次雷电流幅值超过88kA，因此通常认为超过耐雷水平120KA的雷电流为小概率事件，但从2004年全年的调查数据来看，有多次落雷电流幅值超过线路的设计耐雷水平（一般为120-150KA），最大值超过800KA，导致葛双二回C相故障的雷电流强度达到-289KA，直接造成反击闪络事故。
4、绝缘水平不足造成耐雷水平下降。我局葛岗线和葛双二回为第二代500kV线路设计，绝缘子设计串长为25片，加上均压环后其有效空气间隙约为23片串长，并且塔头间隙尺寸偏小，导致线路耐雷水平先天不足；
5、杆塔接地电阻值增加。随着输电线路运行年限的增加，特别如葛双二回等线路接地网老化腐蚀严重，在开挖检查中发现多处锈断，造成接地电阻阻值超过设计值，如果雷击避雷线时的雷电流得不到及时泄流，将会形成典型的反击事故。
6、通过对多起事故统计分析，雷电绕击导线是造成湖北地区500KV线路跳闸的主要原因。满足设计规程要求的超高压线路具有较高的反击水平，但在山区由于地面倾角的影响，大大降低了避雷线屏蔽的有效性，特别是对于硬转塔，由于绝缘子倾斜内角相导线向线路外侧偏移，从而增加了地线对导线的防雷保护角，使线路雷击故障的概率增加。根据规程，500kV输电线路的保护角应在10°以内方能有效地防止绕击事故，但目前分局所维护线路的避雷线保护角多在14—15°，而且2004—2005年所发生雷击故障表明大多数为绕击事故。
7.1.2 治理措施
对于雷害事故的防治，主要应该从设计和运行两个方面入手。 1、设计方面：
关于自然雷电流波形，世界各国测得的对地雷电流波形基本一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲。一次对地雷击中，含有很多个脉冲，第1脉冲和后续脉冲，最多记录到42个，平均为2～3个。过去架空线路电压等级不高，在220 kV及以下，杆塔高度不高，架空线路耐雷强度计算，仅考虑第1脉冲，并人为地进行加工处理，采用固定斜角波陡度来替代，这是因为后续脉冲引起线路绝缘闪络概率
41
武 汉 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文
远低于第1脉冲的。但随着电压等级升高，多回同杆架设，大跨越杆塔，杆塔电感大，导致冲击阻抗增大。因此，在500kV线路设计中，应在评估很大电感的杆塔耐雷强度时考虑后续脉冲。
运行经验显示，雷击有选择性，不是沿架空线路均匀雷击，而是有的杆塔和线段雷击频率很高，有的杆塔和线段在长期(几十年)无雷击。一般说来，山区架空线路较平原的雷击多，侧击雷多。同一走廊，两回架空线路，较高杆塔这回路对较低杆塔回路屏蔽。架空线路受着城市建筑和树木屏蔽，比一般经过野外的地方减少很多。由于这些原因，使得设计测算与实际运行不一致，在设计前期勘测中也应对之有所考虑。
在新线路的设计中，应充分考虑绕击事故发生的几率，对于500kV输电线路防雷保护角应控制在10°以内, 在山区由于地面倾角的影响降低了避雷线屏蔽的有效性，可考虑采取减少保护角或负保护角措施，来降低输电线路的绕击率。
2、运行方面：
对于运行单位而言，应结合技术经济综合分析选择合理的防雷措施。根据雷击跳闸的特点和线路运行的实际，在治理中坚持“绕反并举、重点治理”的原则，即对雷害事故预防做到防反击和绕击并举，经过综合对比选择雷击多发线路和多雷区地段进行重点治理。
通过安装输电线路雷击显示器和结合大量观测和运行经验确定线路的“易击段”、“易击点”,建立专项管理台帐，实行动态管理。
目前雷电观测手段已从传统的磁钢棒检测技术发展到了输电线路雷击显示器和现代化的 GPS雷电定位观测系统相结合的阶段。根据在分局调研的实际情况，初步确定在葛双二回多雷区安装输电线路雷击显示器，开展雷击重点地段和易击点的雷电活动研究工作，找出雷电活动规律。
对于输电线路多雷区和高土壤电阻率地段进行接地网开挖检查和地网改造，保证雷电流的顺畅泄流。
（1）有选择性的对葛双二回、双樊线等运行年限较长的线路择段进行地网改造。 （2）架空送电线路杆塔的接地电阻R包括地网的接地电阻Re和自架空避雷线到地网之间的所谓“接地通道”电阻Rp。在钳式接地电阻表未广泛应用前，接地通道电阻Rp往往被人忽视。在110—220kV输电线路中，发现钳测出的接地电阻比先前用传统接地电阻摇表的测值明显增大，可见杆塔的接地通道电阻不容忽视。实际上杆塔的接地通道电阻Rp包括接地引下线或塔身的传导电阻Rt，接地网引出线接线板和塔身或接地引下线的连接螺栓的接触电阻Rc1和架空避雷线金具与塔身或接地引下线的“链接电阻”Rc2，即Rp=Rt＋Rc1＋Rc2，而塔身或接地引下线本身的传导电阻很小，Rt≈0，于是Rp=Rc1＋Rc2，对此，可以通过解开地网引出接线板和避雷线引下线的螺栓连接。清除两接触面的氧化膜，涂上导电脂，再牢固地重新装回，以有效地降低Rc2，同时在测量时进行钳测和摇测的对比。
（3）对于腐蚀性强和电阻率高的部分地段,地网锈蚀速率极快,可以考虑将改造后的地网涂刷FC纳米导电防腐涂料后再进行土方回填。
FC纳米导电防腐涂料利用含氟丙烯酸树脂为基体树脂，以导电高分子材料和金 属导电粉末为导电介质，添加碳纳米管等功能助剂配制而成。该涂料采用了目前最新的功能高分子材料和纳米材料，具有很好的防腐性能和稳定的导电性，在多种复杂土壤结构和使用降阻剂的地方，能有效地防止金属地网的腐蚀，延长其使用寿命。
对弱绝缘杆塔的防雷保护进行改进。500kV葛双二回投运 年以来已发生雷击跳闸 次，其实际雷击跳闸率约为0.5次/百公里2年，大大超过了线路运行要求指标。 42
武 汉 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文
通过故障原因的初步分析，说明葛双二回在防雷设计上与其它线路相比要相对薄弱一些，与第一代500kV线路有差距，需通过绝缘配置调整提高防雷水平。
（1）可控放电避雷针
可控放电避雷针是武汉高压研究所经长期防雷研究和大量的高压试验而取得的最新研究成果。它的保护原理是：以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷，避免强烈的下行雷闪放电危害被保护对象。
可控放电避雷针由针头、接地引下线、接地装置组成。它的针头不再是单针，而是由主针、动态环、贮能装置组成。当可控放电避雷针安装处附近的地面电场强度较低时（如雷云离可控放电避雷针及被保护对象距离较远等情况），雷云不会对地面物体发生放电，此时可控放电避雷针针头的贮能装置处于贮存雷云电场能量工况，由于动态环的作用，针头上部部件（动态环和主针针尖）处于电位浮动状态，与周围大气电位差小，因此几乎不发生电晕放电。
当雷云电场上升到预示它可能发生对可控针及周围被保护物发生雷闪时，贮能装置立即转入释能工况，这一转变使主针针尖的电场强度不再被动态环限制，针尖电场瞬间上升数百倍，使针尖附近空气迅速放电，形成很强的放电脉冲，因没有空间电荷的阻碍，该放电脉冲在雷云电场作用下快速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或进入雷云电荷中心。如果第一次脉冲引发不成上行先导，贮能装置即又进入贮能状态，同时使第一次脉冲形成的空间电荷得以消散，准备第二次脉冲产生。如此循环最终总能成功地引发上行雷。
可控放电避雷针特别适合高压输电线路的防雷，通过对比试验发现：可控放电避雷针的引雷能力比传统避雷针强得多，而且有较大的保护角，这样就可以降低输电线路的绕击率，另一方面由于可控放电避雷针的主放电电流幅值小、陡度低,根据输电线路的耐雷水平，110kV-500kV的输电线路可以耐受此雷击放电电流而不会发生跳闸。其主要电气参数特性为：
①针高h≤200m时，保护角65°，相应地面保护半径为 2.14h，离地面高度hx处水平面保护半径为 2.14（h—hx）；
②主放电电流的平均幅值小于7kA； ③主放电电流的陡度≤5kA/μs；
④基本上消除了雷闪时产生的感应过电压；
⑤绕击概率不大于十万分之一时的保护角为55°； ⑥接地电阻≤10Ω（一般地区），≤30Ω（在高阻区及无人区）； ⑦抗风能力不低于风速50m/s； ⑧安装方便，使用期内免维护。
根据分局统计情况，可以考虑在葛双二回和双樊线和山区转角塔上选段安装。 （2）架设耦合地线
在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一条地线。它的作用主要为加强避雷线与导线间的耦合，使线路绝缘上的过电压降低和增加对雷电流的分流作用。运行经验表明，耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是 显著的，尤其在山区的输电线路其效果更为明显。
（3）装设线路型ZnO避雷器
对于雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，采用一般防雷保护措施难以奏效时，可以考虑利用线路避雷器来降低雷击跳闸率。
国内外的工程实践都有力地表明，安装线路型金属氧化物避雷器（MOA）在防
43
武 汉 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文
止线路无论是雷绕击导线以及雷击塔顶或避雷线时的反击方面都是非常有效的。 1982年，美国AEP和GE公司开发的线路避雷器，在138kV线路上试用，在25基杆塔上共安装了75只，这些杆塔的接地电阻都在100Ω以上（最大达210Ω）。这条线路原来跳闸率很高，一般年份都在2～3次/100km2a左右，自安装了线路避雷器后，其雷击故障率大大降低。
1987年，日本开发的线路避雷器，在275kV线路上试运行。1990年，开始在500kV同塔双回线路的一回线上运行，意在防止500kV同塔双回线路的同时闪络跳闸。据报道，到90年代中期，日本的线路型MOA总运行等数又达35000支。都取得了良好的运行效果。
我国在江苏省220kV奉线长江大跨越段，应用线路避雷器是一个典型的成功的例子。该线路跨越塔高106m，原设计为单回路，后改成为双回线路，其顶端两根避雷线改为运行的相导线，成为无避雷线的双回路跨江段。这一段大跨塔的防雷措施只好采用避雷器，在2基高塔顶上两相导线与横担之间安装了日本日立公司生产的ZLA-X25C型MOA（这种避雷器具有0.5m串联空气间隙），从1989年5月到1996年11月之7年半的时间里，所装4支避雷器共动作6相次，而线路绝缘从未发生闪络。
广东也有安装线路避雷器运行良好的实例，例如在220kV韶郭线上安装了16支线路避雷器，经过两个完整雷雨季节的考验，发现#206杆避雷器动作记数器有4次动作记录，而线路绝缘没有发生雷击闪络跳闸。
以上均为国内外在线路上安装线路避雷器成功的例子，的确，研究及计算结果表明，安装线路避雷器确可以提高线路的耐雷水平，计算结果证实，220kV线路，在未安线路避雷器时线路的反击耐雷水平仅为32kA（这时杆塔接地电阻约50Ω），而线路安装避雷器时则为350kA。可见，线路避雷器的防雷保护效果是十分显著的。
线路避雷器是防止线路因雷击而发生供电中断事故的十分有效的技术手段，但由于避雷器价格昂贵，使用时投资较大，为了使有限的资金发挥最大效益，应对安装位置，安装数量，安装效果等进行综合评估以及必要的分析计算，以寻求较为经济合理的方案。
①避雷器防雷的基本原理
雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。
雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为
Ut=iRd+Ldi/dt （7.1）
式中i——雷电流；
Rd——冲击接地电阻； Ldi/dt——暂态分量。
当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1＞U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um＞U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的 50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。
加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷
44