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一、架空輸電線路雷電過電壓概述
架空輸電線路地處曠野，綿延數(shù)千千米，很容易遭受雷擊.雷擊是造成線路跳閘的主要原因.同時，雷擊線路形成的雷電過電壓波.沿線路傳播侵人變電所.也是危害變電所設(shè)備運行的重要因素。
根據(jù)過電壓形成的物理過程，雷電過電壓可以分為兩種。一是直擊雷過電壓。它是雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€（見圖2. 1中①、②或③）引起的線路過電壓。二是感應(yīng)雷過電壓。它是在雷擊線路附近大地，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓。運行經(jīng)驗表明.直擊雷過電壓對電力系統(tǒng)的危害大，感應(yīng)雷過電壓只對35 kV及其以下的線路有威脅。圖2.1 雷擊輸電線路部位示意圖
按照雷擊線路部位的不同，直擊雷過電壓又分為兩種情況.一種是雷擊線路桿塔或避雷線時，雷電流通過雷擊點阻抗使該點對地電位大大升高.當(dāng)雷擊點與導(dǎo)線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時，會對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓。因為這時桿塔或避雷線的電位(值)反而高于導(dǎo)線。故通常稱為反擊。另一種是雷電直接擊中導(dǎo)線(無避雷線時)或繞過避雷線(屏蔽失效)擊中導(dǎo)線.直接在導(dǎo)線上引起過電壓。后者通常稱為繞擊。
雷擊線路可能導(dǎo)致兩種破壞性后果。一是使線路發(fā)生短路接地故障。雷電過電壓的作用時間雖然很短(數(shù)十秒)，但導(dǎo)線對地(避雷線或桿塔)發(fā)生閃絡(luò)以后，工頻電壓將沿此閃絡(luò)通道繼續(xù)放電，進(jìn)而發(fā)展成為工頻電弧接地。此時繼電保護(hù)裝置將會動作，使斷路器跳閘，影響線路正常送電。二是形成沿輸電線路侵人變電站的雷電波，在變電站內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的折反射過程，可能使電力設(shè)備承受很高的過電壓，以致設(shè)備絕緣破壞.造成停電事故。
輸電線路防雷性能的優(yōu)劣，工程上主要用耐雷水平和雷擊跳閘率這兩個指標(biāo)來衡盆。耐雷水平是指線路遭受雷擊時所能耐受的不致引起絕緣閃絡(luò)的大雷電流幅值(單位為kA).耐雷水平越高，線路的防雷性能越好.雷擊跳閘率是指在折算至年雷電日數(shù)為40的標(biāo)準(zhǔn)條件下.每百千米線路每年因雷擊引起的線路跳閘次數(shù).單位為:次/百千米·年。需擊跳閘率是衡量線路防雷性能的綜合性指標(biāo)。二、感應(yīng)過電壓
在雷云對地放電過程中.放電通道周圍的空間電磁場將發(fā)生急劇變化。因而當(dāng)雷擊輸電線附近的地面時，雖未直擊導(dǎo)線。由于雷電過程引起周圍電磁場的突變，也會在導(dǎo)線上感應(yīng)出一個高電壓來.這就是感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓包含靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個分量，一般以靜電感應(yīng)分量為主。
雖然對于感應(yīng)過電壓形成的物理解釋已經(jīng)有了一個比較一致的認(rèn)識，但由于難以得到雷電放電過程的原始數(shù)據(jù)等原因，感應(yīng)過電壓有多種不同的計算方法，而且結(jié)果還差別較大。
由于感應(yīng)過電壓對各相導(dǎo)線來說基本相同，所以不會發(fā)生相間閃絡(luò)。又由于感應(yīng)過電壓是因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，其極性與雷云電荷.即與雷電流的極性正相反，因而絕大部分感應(yīng)過電壓是正極性的，這一點與直擊雷過電壓不同。另外，感應(yīng)過電壓的波形較直擊雷過電壓更平緩，波頭由幾秒至幾十秒，波尾則可達(dá)數(shù)百秒。避雷線由于對導(dǎo)線有屏蔽作用.因而能降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓幅值。避雷線與導(dǎo)線間的藕合系數(shù)越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就越低。
三、雷擊導(dǎo)線過電壓
無避雷線的線路，當(dāng)雷閃放電過分靠近線路時，發(fā)生的就不是雷擊地面的感應(yīng)過電壓，而是雷電直擊導(dǎo)線的過電壓。在我國110 kV及其以上線路一般都架
有避雷線.以免導(dǎo)線直接遭受雷擊，但由于各種偶然因素的影響.仍有可能發(fā)生避雷線屏蔽失效.雷電繞過避雷線而擊中導(dǎo)線的情況，通常稱繞擊.
繞擊發(fā)生的概率雖然很低，但一旦雷電擊中導(dǎo)線，導(dǎo)致線路跳閘的幾率將很高。四、雷擊塔頂過電壓
雷擊塔頂(包括雷擊塔頂附近的避雷線)時，桿塔電感與接地電阻的存在將使塔頂電位瞬時升高，其電位位甚至大大超過導(dǎo)線電位，引起絕緣子串閃絡(luò)，即反擊，造成線路跳閘，同時在線路上形成向線路兩側(cè)傳播的過電壓波.過電壓波侵人發(fā)電廠、變電站。
除上述二種雷電過電壓外，還有一種雷擊避雷線擋距中央時的過電壓.國內(nèi)外大量的運行經(jīng)驗表明，此時引起擋距中央避需線與導(dǎo)線空氣問隙發(fā)生閃絡(luò)是非常罕見的，故對這種雷電過電壓此處不再分析。
應(yīng)當(dāng)指出，上面的感應(yīng)過電壓、雷擊導(dǎo)線過電壓、雷擊塔頂過電壓的計算公式都沒有考慮絕緣子串的運行電壓，亦即導(dǎo)線的運行電壓.對220 kV及其以下的線路來說，運行電壓所占比重不大，一般可以忽略。但在超高壓線路中，隨著電壓等級的提高，工作電壓不應(yīng)再被忽略，有人建議至少應(yīng)按照導(dǎo)線運行相電壓峰值的一半來考慮，且電壓極性與雷電流極性相反。因為任何時刻都至少有一相導(dǎo)線運行在與雷電流相反的極性下。如果按照統(tǒng)計法計算，則雷擊時的導(dǎo)線工作電壓瞬時值及其極性應(yīng)作為一個隨機(jī)變來考慮。但這些還都沒有列入電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)程中。
五、雷擊跳閘率
當(dāng)雷閃放電造成線路產(chǎn)生雷電過電壓時，若雷電流超過相應(yīng)情況下的耐雷水平，則導(dǎo)致線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)。但雷電過電壓的持續(xù)時間極短，只有幾十秒、高壓開關(guān)還來不及跳閘.只有當(dāng)沖擊閃絡(luò)后的閃絡(luò)通道發(fā)展成穩(wěn)定的工頻電弧時才會導(dǎo)致線路跳閘。這些過程都有隨機(jī)性。因此工程中除耐雷水平外.還采用雷擊跳閘率作為一個綜合指標(biāo)，來衡量線路防雷性能的優(yōu)劣。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620 1997給出了一般上壤電阻率地區(qū)有避雷線線路的耐雷水平和雷擊跳閘率數(shù)值.見表2.
表2 架空輸電線路典型桿塔的耐雷水平及雷擊跳閘率
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