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摘 要： 影响电力系统的安全可靠运行的主要原因是绝缘子的故障，而造成绝缘子故障而使线路跳闸的主要原因是：雷击引起的外过电压。通过对雷击线路引起的各种过电压分析，提出架空线路的防雷措施，供今后的规划、设计和建设者参考。
关键词 ： 输电线路 过电压
【中图分类号】 TU856
随着电力系统的发展，输电容量急剧增长，输电线路和变电所的电压等级不断提高，电力系统对绝缘子的要求也越来越高。绝缘子在过电压作用下，可能会发生内部击穿或外部闪络，而在运行中的绝缘子一旦发生击穿，这对运行是非常不利的。因为绝缘子的击穿是绝缘体固体材料破坏性放电，它将使绝缘子永久性地失去绝缘功能，有时甚至发生绝缘子炸裂而造成永久性故障。造成绝缘子击穿闪络故障而使线路跳闸的主要原因是：雷击引起的外过电压。根据雷电过电压形成的物理过程可分为：①、感应雷过电压即雷击于线路附近大地，由于电磁感应和静电感应的作用，在导线上产生的过电压；②、直击雷过电压即雷电直接击中线路设备引起的过电压。
一、 感应雷过电压
当雷击于线路附近大地时，由于雷电主放电通道周围的电磁场的剧烈变化，雷击大地对导线产生感应过电压，它包括静电感应和电磁感应两个分量，它们在雷电主放电过程中同时产生，但是由于主放电通道和导线几乎垂直，互感不大，电磁感应较弱，因此电磁感应分量比静电感应分量小得多，所以总的感应过电压幅值中起主要作用的是电磁感应分量。它对电力线路的感应过电压主要有以下几种：
1、 雷击线路附近对无避雷线电力线路导线产生的感应过电压。
当雷击于线路附近大地时，作用在导线上的感应过电压一般有如下几个特点：
①、 作用于导线上的感应过电压大多数是正极性的。这是因为大多数雷电是负极性的，这样在导线上就会产生与雷电荷极性相反的正极性电荷。
②、 因周围磁场的剧烈变化，对三相导线的作用几乎相同，所以三相导线同时所产生的感应过电压其值相差很小。
③、 感应过电压波有较长的持续时间，且波头较缓。
雷过电压的幅值与雷电流的大小、雷电通道与线路之间的水平距离以及导线的悬挂高度等因素有关。
2、 雷击线路附近大地对有避雷线线路导线上的感应过电压。
当雷击线路附近大地时，对有避雷线的电力线路由于避雷线的屏蔽作用，会使作用在导线上的感应过电压降低，这是因为避雷线与大地相连而保持地电位，对于静电感应相当于增大了导线对地电容，从而降低了导线对地电位，也就是使避雷线起到了屏蔽效果。
3、 雷击线路塔顶时导线上的感应过电压。
当雷击点距线路小于65m时，由于线路的引雷作用而击于线路。通常在雷击塔顶的情况下，感应电压在数值级别上约与地线的耦合作用相当，但在极性上却是互相抵消的。
二、 直击雷过电压
架空线路的雷击过电压除雷击杆顶之外，通常还有三种情况：
1、 雷击于无架空避雷线的导线情况。
一旦雷直击于导线（无避雷线）时，即使雷电流很小，对于大多数电力线路来说都会造成闪络，所以采用避雷线保护架空线十分必要。
2、 雷击档距中央附近的避雷线。
雷击档距中央附近的避雷线时对线路绝缘会产生很大的过电压。规程规定：对有避雷线的线路，为防止雷击档距中央反击导线，在+15℃无风时，一般档距中央的导线与避雷线间距离应满足S=0.012L+1的要求。
3、 雷电的绕击。
采用避雷线保护，只能在较大程度上减少雷击导线的概率，却不能绝对地避免雷击导线的可能。因为雷电可以绕过避雷线击于导线即绕击，其概率与避雷线对导线的保护角、杆塔的高度以及线路所经过地区的地形地貌、地质等因素有关。在计算架空电力线路的绕击闪络中，目前普遍采用DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规程所采用的方法。
三、 架空线路的耐雷水平及雷击跳闸率
架空电力线路的耐雷水平就是指电力线路所能承受的雷电冲击电流的最大值。不同电压等级有不同的绝缘配合，因而对耐雷水平要求亦各不相同，所以耐雷水平是反映该线路的绝缘水平，雷击跳闸率是体现线路耐雷性能的综合指标，是判断各项防雷措施效果的最后判据，也是运行事故率对比的依据。因此，必须求得电力线路的耐雷水平和事故跳闸率。
有避雷线的线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平必须满足DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定的耐雷水平要求。摘录如下表：
在计算雷击跳闸率中，由于考虑到当雷电流对杆塔附近的大地放电时，在导线上的感应过电压一般不会超过300～400kV，它对66kV及以上架空电力线路一般不会造成绝缘闪络的威胁，同时也考虑到雷击档距中央附近避雷线时，一般会造成导线和避雷线间空气间隙闪络，不会造成导线间的绝缘闪络，而且对110kV及以上線路，一般全线装有避雷线且中性点直接接地，但运行经验证明：当雷击档距中央附近避雷线时，若通过避雷线两侧到达杆塔塔顶时的雷电流幅值超过杆塔耐雷水平时，仍有可能在塔顶造成绝缘闪络。所以对110kV及以上线路主要考虑雷击塔顶、雷击避雷线中央附近时对袭向杆塔的绝缘闪络和绕击问题。
四、 架空线路的防雷措施
在输电线路中，为防止绝缘子在雷电作用下绝缘子的闪络或击穿，从而减少因雷击造成的线路跳闸和雷害事故，故必须对电力线路采取防雷措施。电力线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷水平，降低线路跳闸率。在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统的运行方式、线路的电压等级和重要程度，结合线路所经地区的地形地貌、雷电活动强弱程度，同时根据现有线路的运行经验进行综合性的技术比较，最后确定保护措施。一般可以采用以下几种措施。 1、 架设架空避雷线
架设避雷线是电力线路最基本的防雷措施之一。其主要功能有以下几个方面：
①、 防止雷电流直击于导线；
②、 对雷电流有分流作用，减少流入杆塔的雷电流，使塔顶电位降低；
③、 通过避雷线对导线的耦合作用，降低雷击杆塔时塔头绝缘上的电压，提高线路的耐雷水平。
④、 通过避雷线的屏蔽作用，降低导线上的过电压。
架空避雷线对导线的保护效果与其保护角α的大小密切相关，减小保护角α可以降低绕击率，当保护角α减小到一定角度时，即达到有效屏蔽时，基本上不会产生绕击。一般来说：超高压线路保护角α在15°以下，对一般110kV及以上线路应全线架设避雷线，其保护角α大多在20°～30°，而35kV及以下线路则一般不会全线架设避雷线。
架空避雷线的架设应按DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》及DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》规定的要求进行。
2、 降低接地电阻。
对一般高度杆塔的线路，降低接地电阻是提高线路耐雷水平、防止反击而降低雷击跳闸率的有效措施。DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中对工频接地电阻R提出了明确要求。摘录如下表：
3、 加强绝缘水平。
对于一般地区杆塔，其绝缘水平应根据线路绝缘配合原则确定。然而，在个别大跨越、高杆塔地段，由于杆塔高，吸雷半径大，使線路落雷机会增多；同时随杆塔高度的增加，杆塔的电感增大，落雷时塔顶电位增高，感应电压也高；随着杆塔高度的增加，也使绕击雷电幅值增高，绕击概率增大，从而使线路的跳闸率增加。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子片数，同时加大跨越档导地线间距离。DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定：全高超过40m有避雷线的杆塔，每增高10m，应增加一个绝缘子，全高超过100m的杆塔，绝缘子数量应结合运行经验，通过雷电过电压的计算确定。
4、 装设自动重合闸装置。
由于线路遭受雷击后通常是外绝缘闪络，而绝缘子又是有自恢复绝缘的能力，所以一旦线路遭受雷击后，开关跳闸切断了工频电源，使之建立起来的稳定工频电弧消失，线路绝缘恢复，只要不是永久性接地，自动重合闸装置动作后就能恢复正常供电，从而减少事故，提高线路供电的可靠性。
5、 采用耦合避雷线。
在降低接地电阻有困难的某些地区，可采用耦合避雷线来降低跳闸率。所谓耦合避雷线就是在导线下方架设一根耦合避雷线。加挂耦合避雷线虽不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用，同时加强了避雷线对导线的耦合作用，从而达到了降低杆塔绝缘上所承受的电压的目的，提高了线路耐雷水平。
6、 采用不平衡绝缘方式。
在变电所出口、城区及线路通道紧张地段，由于线路走廊紧张等原因，线路设计中通常考虑同杆双回，甚至多回架设。然而由于线路同杆多回架设，在某种程度上削弱了防雷性能。对某些重要线路，为降低雷击时多回路同时跳闸而采用常规防雷措施又无法满足时，可考虑采用不平衡绝缘方式，即在同杆多回路线路中绝缘子片数有所差异，这样当线路遭受雷击时，绝缘子片数较少的一回先发生闪络，被闪络相导线相当于接地的避雷线，从而增加了对其余回路的耦合作用，使其耐雷水平提高而免受闪络。
参考文献：
[1] DL/T 5092-1999，110～500kV架空送电线路设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，1999.
[2] 张殿生，倪宗德，张洞明，等.电力工程高压送电线路设计手册[S].长春：中国电力出版社，2002.
[3] 浙江省电力公司 输电线路绝缘子运行技术手册[S].北京：中国电力出版社，2002.
关键词 ： 输电线路 过电压
【中图分类号】 TU856
随着电力系统的发展，输电容量急剧增长，输电线路和变电所的电压等级不断提高，电力系统对绝缘子的要求也越来越高。绝缘子在过电压作用下，可能会发生内部击穿或外部闪络，而在运行中的绝缘子一旦发生击穿，这对运行是非常不利的。因为绝缘子的击穿是绝缘体固体材料破坏性放电，它将使绝缘子永久性地失去绝缘功能，有时甚至发生绝缘子炸裂而造成永久性故障。造成绝缘子击穿闪络故障而使线路跳闸的主要原因是：雷击引起的外过电压。根据雷电过电压形成的物理过程可分为：①、感应雷过电压即雷击于线路附近大地，由于电磁感应和静电感应的作用，在导线上产生的过电压；②、直击雷过电压即雷电直接击中线路设备引起的过电压。
一、 感应雷过电压
当雷击于线路附近大地时，由于雷电主放电通道周围的电磁场的剧烈变化，雷击大地对导线产生感应过电压，它包括静电感应和电磁感应两个分量，它们在雷电主放电过程中同时产生，但是由于主放电通道和导线几乎垂直，互感不大，电磁感应较弱，因此电磁感应分量比静电感应分量小得多，所以总的感应过电压幅值中起主要作用的是电磁感应分量。它对电力线路的感应过电压主要有以下几种：
1、 雷击线路附近对无避雷线电力线路导线产生的感应过电压。
当雷击于线路附近大地时，作用在导线上的感应过电压一般有如下几个特点：
①、 作用于导线上的感应过电压大多数是正极性的。这是因为大多数雷电是负极性的，这样在导线上就会产生与雷电荷极性相反的正极性电荷。
②、 因周围磁场的剧烈变化，对三相导线的作用几乎相同，所以三相导线同时所产生的感应过电压其值相差很小。
③、 感应过电压波有较长的持续时间，且波头较缓。
雷过电压的幅值与雷电流的大小、雷电通道与线路之间的水平距离以及导线的悬挂高度等因素有关。
2、 雷击线路附近大地对有避雷线线路导线上的感应过电压。
当雷击线路附近大地时，对有避雷线的电力线路由于避雷线的屏蔽作用，会使作用在导线上的感应过电压降低，这是因为避雷线与大地相连而保持地电位，对于静电感应相当于增大了导线对地电容，从而降低了导线对地电位，也就是使避雷线起到了屏蔽效果。
3、 雷击线路塔顶时导线上的感应过电压。
当雷击点距线路小于65m时，由于线路的引雷作用而击于线路。通常在雷击塔顶的情况下，感应电压在数值级别上约与地线的耦合作用相当，但在极性上却是互相抵消的。
二、 直击雷过电压
架空线路的雷击过电压除雷击杆顶之外，通常还有三种情况：
1、 雷击于无架空避雷线的导线情况。
一旦雷直击于导线（无避雷线）时，即使雷电流很小，对于大多数电力线路来说都会造成闪络，所以采用避雷线保护架空线十分必要。
2、 雷击档距中央附近的避雷线。
雷击档距中央附近的避雷线时对线路绝缘会产生很大的过电压。规程规定：对有避雷线的线路，为防止雷击档距中央反击导线，在+15℃无风时，一般档距中央的导线与避雷线间距离应满足S=0.012L+1的要求。
3、 雷电的绕击。
采用避雷线保护，只能在较大程度上减少雷击导线的概率，却不能绝对地避免雷击导线的可能。因为雷电可以绕过避雷线击于导线即绕击，其概率与避雷线对导线的保护角、杆塔的高度以及线路所经过地区的地形地貌、地质等因素有关。在计算架空电力线路的绕击闪络中，目前普遍采用DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规程所采用的方法。
三、 架空线路的耐雷水平及雷击跳闸率
架空电力线路的耐雷水平就是指电力线路所能承受的雷电冲击电流的最大值。不同电压等级有不同的绝缘配合，因而对耐雷水平要求亦各不相同，所以耐雷水平是反映该线路的绝缘水平，雷击跳闸率是体现线路耐雷性能的综合指标，是判断各项防雷措施效果的最后判据，也是运行事故率对比的依据。因此，必须求得电力线路的耐雷水平和事故跳闸率。
有避雷线的线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平必须满足DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定的耐雷水平要求。摘录如下表：
在计算雷击跳闸率中，由于考虑到当雷电流对杆塔附近的大地放电时，在导线上的感应过电压一般不会超过300～400kV，它对66kV及以上架空电力线路一般不会造成绝缘闪络的威胁，同时也考虑到雷击档距中央附近避雷线时，一般会造成导线和避雷线间空气间隙闪络，不会造成导线间的绝缘闪络，而且对110kV及以上線路，一般全线装有避雷线且中性点直接接地，但运行经验证明：当雷击档距中央附近避雷线时，若通过避雷线两侧到达杆塔塔顶时的雷电流幅值超过杆塔耐雷水平时，仍有可能在塔顶造成绝缘闪络。所以对110kV及以上线路主要考虑雷击塔顶、雷击避雷线中央附近时对袭向杆塔的绝缘闪络和绕击问题。
四、 架空线路的防雷措施
在输电线路中，为防止绝缘子在雷电作用下绝缘子的闪络或击穿，从而减少因雷击造成的线路跳闸和雷害事故，故必须对电力线路采取防雷措施。电力线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷水平，降低线路跳闸率。在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统的运行方式、线路的电压等级和重要程度，结合线路所经地区的地形地貌、雷电活动强弱程度，同时根据现有线路的运行经验进行综合性的技术比较，最后确定保护措施。一般可以采用以下几种措施。 1、 架设架空避雷线
架设避雷线是电力线路最基本的防雷措施之一。其主要功能有以下几个方面：
①、 防止雷电流直击于导线；
②、 对雷电流有分流作用，减少流入杆塔的雷电流，使塔顶电位降低；
③、 通过避雷线对导线的耦合作用，降低雷击杆塔时塔头绝缘上的电压，提高线路的耐雷水平。
④、 通过避雷线的屏蔽作用，降低导线上的过电压。
架空避雷线对导线的保护效果与其保护角α的大小密切相关，减小保护角α可以降低绕击率，当保护角α减小到一定角度时，即达到有效屏蔽时，基本上不会产生绕击。一般来说：超高压线路保护角α在15°以下，对一般110kV及以上线路应全线架设避雷线，其保护角α大多在20°～30°，而35kV及以下线路则一般不会全线架设避雷线。
架空避雷线的架设应按DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》及DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》规定的要求进行。
2、 降低接地电阻。
对一般高度杆塔的线路，降低接地电阻是提高线路耐雷水平、防止反击而降低雷击跳闸率的有效措施。DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中对工频接地电阻R提出了明确要求。摘录如下表：
3、 加强绝缘水平。
对于一般地区杆塔，其绝缘水平应根据线路绝缘配合原则确定。然而，在个别大跨越、高杆塔地段，由于杆塔高，吸雷半径大，使線路落雷机会增多；同时随杆塔高度的增加，杆塔的电感增大，落雷时塔顶电位增高，感应电压也高；随着杆塔高度的增加，也使绕击雷电幅值增高，绕击概率增大，从而使线路的跳闸率增加。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子片数，同时加大跨越档导地线间距离。DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定：全高超过40m有避雷线的杆塔，每增高10m，应增加一个绝缘子，全高超过100m的杆塔，绝缘子数量应结合运行经验，通过雷电过电压的计算确定。
4、 装设自动重合闸装置。
由于线路遭受雷击后通常是外绝缘闪络，而绝缘子又是有自恢复绝缘的能力，所以一旦线路遭受雷击后，开关跳闸切断了工频电源，使之建立起来的稳定工频电弧消失，线路绝缘恢复，只要不是永久性接地，自动重合闸装置动作后就能恢复正常供电，从而减少事故，提高线路供电的可靠性。
5、 采用耦合避雷线。
在降低接地电阻有困难的某些地区，可采用耦合避雷线来降低跳闸率。所谓耦合避雷线就是在导线下方架设一根耦合避雷线。加挂耦合避雷线虽不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用，同时加强了避雷线对导线的耦合作用，从而达到了降低杆塔绝缘上所承受的电压的目的，提高了线路耐雷水平。
6、 采用不平衡绝缘方式。
在变电所出口、城区及线路通道紧张地段，由于线路走廊紧张等原因，线路设计中通常考虑同杆双回，甚至多回架设。然而由于线路同杆多回架设，在某种程度上削弱了防雷性能。对某些重要线路，为降低雷击时多回路同时跳闸而采用常规防雷措施又无法满足时，可考虑采用不平衡绝缘方式，即在同杆多回路线路中绝缘子片数有所差异，这样当线路遭受雷击时，绝缘子片数较少的一回先发生闪络，被闪络相导线相当于接地的避雷线，从而增加了对其余回路的耦合作用，使其耐雷水平提高而免受闪络。
参考文献：
[1] DL/T 5092-1999，110～500kV架空送电线路设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，1999.
[2] 张殿生，倪宗德，张洞明，等.电力工程高压送电线路设计手册[S].长春：中国电力出版社，2002.
[3] 浙江省电力公司 输电线路绝缘子运行技术手册[S].北京：中国电力出版社，2002.