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  一、架空输电线路雷电过电压概述
    架空输电线路地处旷野，绵延数千千米，很容易遭受雷击.雷击是造成线路跳闸的主要原因.同时，雷击线路形成的雷电过电压波.沿线路传播侵人变电所.也是危害变电所设备运行的重要因素。
    根据过电压形成的物理过程，雷电过电压可以分为两种。一是直击雷过电压。它是雷电直接击中杆塔、避雷线或导线（见图2. 1中①、②或③）引起的线路过电压。二是感应雷过电压。它是在雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。运行经验表明.直击雷过电压对电力系统的危害大，感应雷过电压只对35 kV及其以下的线路有威胁。  图2.1 雷击输电线路部位示意图

按照雷击线路部位的不同，直击雷过电压又分为两种情况.一种是雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高.当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压。因为这时杆塔或避雷线的电位(值)反而高于导线。故通常称为反击。另一种是雷电直接击中导线(无避雷线时)或绕过避雷线(屏蔽失效)击中导线.直接在导线上引起过电压。后者通常称为绕击。
    雷击线路可能导致两种破坏性后果。一是使线路发生短路接地故障。雷电过电压的作用时间虽然很短(数十秒)，但导线对地(避雷线或杆塔)发生闪络以后，工频电压将沿此闪络通道继续放电，进而发展成为工频电弧接地。此时继电保护装置将会动作，使断路器跳闸，影响线路正常送电。二是形成沿输电线路侵人变电站的雷电波，在变电站内产生复杂的折反射过程，可能使电力设备承受很高的过电压，以致设备绝缘破坏.造成停电事故。
    输电线路防雷性能的优劣，工程上主要用耐雷水平和雷击跳闸率这两个指标来衡盆。耐雷水平是指线路遭受雷击时所能耐受的不致引起绝缘闪络的大雷电流幅值(单位为kA).耐雷水平越高，线路的防雷性能越好.雷击跳闸率是指在折算至年雷电日数为40的标准条件下.每百千米线路每年因雷击引起的线路跳闸次数.单位为:次/百千米·年。需击跳闸率是衡量线路防雷性能的综合性指标。

二、感应过电压
    在雷云对地放电过程中.放电通道周围的空间电磁场将发生急剧变化。因而当雷击输电线附近的地面时，虽未直击导线。由于雷电过程引起周围电磁场的突变，也会在导线上感应出一个高电压来.这就是感应过电压。感应过电压包含静电感应和电磁感应两个分量，一般以静电感应分量为主。
    虽然对于感应过电压形成的物理解释已经有了一个比较一致的认识，但由于难以得到雷电放电过程的原始数据等原因，感应过电压有多种不同的计算方法，而且结果还差别较大。
   由于感应过电压对各相导线来说基本相同，所以不会发生相间闪络。又由于感应过电压是因电磁感应而产生的，其极性与雷云电荷.即与雷电流的极性正相反，因而绝大部分感应过电压是正极性的，这一点与直击雷过电压不同。另外，感应过电压的波形较直击雷过电压更平缓，波头由几秒至几十秒，波尾则可达数百秒。避雷线由于对导线有屏蔽作用.因而能降低导线上的感应过电压幅值。避雷线与导线间的藕合系数越大，导线上的感应过电压就越低。

三、雷击导线过电压
    无避雷线的线路，当雷闪放电过分靠近线路时，发生的就不是雷击地面的感应过电压，而是雷电直击导线的过电压。在我国110 kV及其以上线路一般都架
有避雷线.以免导线直接遭受雷击，但由于各种偶然因素的影响.仍有可能发生避雷线屏蔽失效.雷电绕过避雷线而击中导线的情况，通常称绕击.
    绕击发生的概率虽然很低，但一旦雷电击中导线，导致线路跳闸的几率将很高。

四、雷击塔顶过电压
    雷击塔顶(包括雷击塔顶附近的避雷线)时，杆塔电感与接地电阻的存在将使塔顶电位瞬时升高，其电位位甚至大大超过导线电位，引起绝缘子串闪络，即反击，造成线路跳闸，同时在线路上形成向线路两侧传播的过电压波.过电压波侵人发电厂、变电站。
  除上述二种雷电过电压外，还有一种雷击避雷线挡距中央时的过电压.国内外大量的运行经验表明，此时引起挡距中央避需线与导线空气问隙发生闪络是非常罕见的，故对这种雷电过电压此处不再分析。
    应当指出，上面的感应过电压、雷击导线过电压、雷击塔顶过电压的计算公式都没有考虑绝缘子串的运行电压，亦即导线的运行电压.对220 kV及其以下的线路来说，运行电压所占比重不大，一般可以忽略。但在超高压线路中，随着电压等级的提高，工作电压不应再被忽略，有人建议至少应按照导线运行相电压峰值的一半来考虑，且电压极性与雷电流极性相反。因为任何时刻都至少有一相导线运行在与雷电流相反的极性下。如果按照统计法计算，则雷击时的导线工作电压瞬时值及其极性应作为一个随机变来考虑。但这些还都没有列入电力行业的相关规程中。

五、雷击跳闸率
    当雷闪放电造成线路产生雷电过电压时，若雷电流超过相应情况下的耐雷水平，则导致线路绝缘发生闪络。但雷电过电压的持续时间极短，只有几十秒、高压开关还来不及跳闸.只有当冲击闪络后的闪络通道发展成稳定的工频电弧时才会导致线路跳闸。这些过程都有随机性。因此工程中除耐雷水平外.还采用雷击跳闸率作为一个综合指标，来衡量线路防雷性能的优劣。我国电力行业标准DL/T 620 1997给出了一般上壤电阻率地区有避雷线线路的耐雷水平和雷击跳闸率数值.见表2.

表2 架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率

雷电或过电压侵入通设备的途径

通网近几年通设备遭雷击损坏情况看，通电源、波通设备收发机、通设备用户电路或接口电路损坏情况占绝大多数。统计结果表明，雷电或过电压侵入通设备的途径不外乎有以下几种：

1 雷电直击或在附近闪击输配电线路，雷电波沿电力线侵入机房电源设备，损坏电源开关、保险及整流变换模块、通电源盘等。

2 雷电直击波天线铁塔，雷电波沿天馈线迅速侵入通设备，直接损坏与馈线相连的收发机单元部分，造成通中断。

3 雷电直击或闪击在通架空光缆或电缆线路上，在线路上产生的瞬间过电压，沿光缆或电缆金属外皮或加强芯迅速向线路两端扩展进入机房，损坏与光缆直接相连的机盘，或损坏与通电缆直接相连的保安配线架、用户电路板或接口电路板。

4 雷电直击铁塔或变电所内避雷针，雷电流通过避雷针引下线流入接地网，造成地电位升高。当设备接地不良，接地电阻阻值较大时，会造成电子设备损坏。

5 当变电所发生线路或母线接地事故时，故障电流对地网放电，巨大的接地电流流入接地网，造成地电位短时间迅速升高，也会造成电子设备损坏。

6 在电力线路下添架的通线路，当电力线路瓷瓶绝缘击穿时，造成电力线对通线路放电，或电力线路搭接在通线路上，致使强电沿光缆金属加强芯或音频通电缆侵入机房，造成通设备损坏或人员伤害。

通站防雷存在的缺欠

电力通防雷情况，我们对照《电力系统通站防雷运行管理规程》，逐站逐条进行了防雷检查。检查结果表明个别通站还不同程度的存在着缺欠，共性的问题主要表现在以下几方面：

1 个别在办公楼里面的通机房，大多数都是由办公室改造而成的，接地网不规范，个别接地电阻大于5Ω，无环形接地母线。设备接地线线径细。

2 交流电源有的装了过电压保护器，有的还没有，大多数通站没有安装直流电源过电压保护器，通设备电源入口也没加装压敏电阻。

3 个别通电缆线路由于受现场环境条件限制，直接架空进入机房，没有进行直埋。新型卡接式配线架接线不方便，未将电缆空线对接地。

4 变电所内的数字配线及音频保安配线架都是后组装于光端机的机框内，保安配线单元的接地线未接到接地母线上。

5 变电所RTU远动装置大多采用RS232接口与“一点多址”波、光端机等通设备相连，经常发生雷雨过后烧坏RS232接口板现象。RTU装置接地大多数是直接用螺丝固定在地沟的槽钢上（槽钢与地网焊接）接地不良。

通站综合防雷措施的应用

针对上述通站防雷存在的缺欠，近几年我们依据通站防雷的一般原理和常用防护措施，采取综合性防雷，对通站防雷设施进行了改造和完善。

1 防雷总的原则是：

（1）采用外部保护将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄放。

（2）采用过电压保护器阻塞沿电源线或数据线、号线引入的过电压波（内部保护）。

（3） 采用过电压保护器限制被保护设备上的浪涌电压幅值。

（4）用光电隔离器隔离通与RTU之间的RS232接口，避免接口设备电气连接。

2 防雷一般方法和技巧：

（1） 设置一套良好的建筑物避雷带、避雷网，并与主钢筋一起接地；

（2）外置设备（天线等）应尽量置于建筑物避雷网的保护角度范围内：

（3）采用共地的接地措施；

（4） 在电源、号或数据线各进出口安装性能可靠的专用防雷器；

（5）室内的设备应尽量远离避雷导电体；

（6）室内布线，包括各类传输线应尽量减小洄圈，好能加有屏蔽线并两端接地。

3 防雷接地系统改造。

（1）对调度通楼接地网进行改造，发现原接地网因多年失修，有部分接地带已烂断。重新在通楼四面分别埋设4个接地网，接地极用50mm×50mm×5mm镀锌角钢，每根长1500mm，垂直砸入1200mm深沟内，每根接地极相距500mm以上，并且用40mm×4mm镀锌扁钢焊接联成一个网状接地装置。4个接地网分别用一根扁钢连至通楼各楼层机房的对称接地网。改造后接地电阻为0.5Ω，满足要求。

（2）对各办公楼里的通机房接地进行改造，延长接地网，增加接地极数或铺设两个以上接地网。使接地电阻降到1Ω以下。

（3）通机房内用40mm×4mm镀锌扁钢铺成环形接地母线，四个角与地网相连。机房内所有设备外壳、暖气、电缆走线架等金属构件全部用35mm2铜导线就近与接地网相连。

（4） 变电所内通设备与RTU远动装置外壳均用35mm2多股铜导线就近连接到变电所接地母线的同一点，以电位差。

（5）将“一点多址”波馈线金属外皮的上端、中间及下端分别就近与铁塔相连，在机房入口处与接地母线相连。各波塔接地电阻测试符合要求。

（6）对于调度通楼，由于楼内有远动、调度、交换机、光纤、波、电源等机房，各机房间联系较多，各种音频电缆、同轴电缆相互间连接复杂，一旦某个机房的电位升高，都会对其它机房设备造成威胁。因此，要把这些机房接地统一接到一个共用接地系统，实现各机房接地等电位连接。

4 电源系统的防雷保护

（1）引入通机房的电力线采用地下电力电缆，电缆金属护套两端均良好接地。

（2）配电变压器高压侧接高压氧化锌避雷器，低压侧接电源防雷器。变压器机壳、避雷器地统一接到地网上，并接地良好。

（3）通机房内电源采用多级浪涌保护措施。交流母线上并接一级380V过电压保护器；高频开关电源交流入并接一级380V过电压保护器；－48V电源入口处接一级压敏电阻。通设备电源正极在电源侧和设备侧分别接到接地母线上。

（4）在变电所内的通设备电源，由于通设备少，与其它变电所设备一起安装于主控室。直流电源取自变电所220V直流操作电源，经DC/DC模块变换成-48V电源供通设备。因此，在变电所用电柜交流母线上安装一级380V/100G交流过电压保护装置，做为一级防雷；在高频开关电源入线处装一级交流防过电压保护器，在DC/DC模块48V输出侧装一级48V直流浪涌保护；后，在通设备48V入口装48V压敏电阻一只。

（5）机房内所有交、直流配电柜机壳均做接地保护，交流保护接地线从接地母线上直接引出，严禁采用中性线作为交流保护接地线。

5 各种号线的防雷保护

根据各通站实际情况，采用加装浪涌保护，光电隔离等措施，对进出通机房及通设备与其它设备接口的所有号线进行保护。以防止雷击感应电压或过电压侵入损坏通设备。

（1）对个别通站通电缆线路直接架空进入机房的进行改造，在线路终端杆将钢线接地，将通电缆水平直埋l0m以上，进入机房。进入机房的通电缆金属外皮均良好接地。

（2）普通架空光缆、管道光缆、自承式光缆，均采用非金属光缆。对于有金属加强芯或金属护套的光缆，进入机房前，在终端杆或终端电缆井改成非金属光缆过渡进入机房。

（3）所有音频电缆、线、号线进入机房要首先接入音频保安器，来抑制电缆线对横向、纵向过电压。各配线架保安单元接地端均要良好接地，确保保安器发挥正常作用。

（4）认真落实进入机房电缆外皮及空线对接地保护措施。应及时做好电缆空线对在配线架上接地工作，以防止引入雷电感应电压在开路导线末端产生反击，损坏设备。有条件的配线架可采用短路接地塞，直接插在配线架空线对上，方便、灵活。平时检修线对变更后，应及时检查空对接地情况。

（5）对于远动等其它专业的号进入通设备前应采取隔离措施：经调制解调器输出的音频模拟号，采用音频变压器进行电气隔离；用RS232接口的数据号，采用光电隔离器进行隔离，地电位差可能通过该接口中的共用接地线串入，造成反击损坏接口电路现象。

另外，从朝阳通设备接口损坏情况看，RS232接口损坏情况比较多，RS422接口从未损坏过。可见，RS232接口芯片抗干扰能力不如RS422接口芯片。因此，我们将具备条件地方，均已改为RS422通道传，而不用RS232接口。建议以后新上设备也尽量不用RS232而改为64K、RS422、或2M接口。

（6）采用RJ45接口的网络号，先经过网络浪涌保护器后再接入通设备接口。对于电量采集、继电保护、综合自动化、MIS及负荷控制等专业采用2Mbit/s接口的号，必须先经过2Mbit/s同轴号浪涌保护器，再接入通传输设备，以防浪涌电压侵入。有的地方MIS、负控等机房与通机房不在一起，距离较远，可采用光纤收发器进行光电隔离，一来传输距离远，二来进行号隔离，三是光纤传输抗干扰、防雷电效果更好。

（7）对于“一点多址”波馈线进入机房后，在馈线入端加装同轴高频号避雷保护器，保护器外壳要良好接地。保护器选用要考虑合适的带宽。