基于科學(xué)診斷雷電活動(dòng)概率、提高輸電線路耐雷治理成效

王英杰，張葆靑，田江波，張 鵬

保定供電公司，河北 保定 071051

1 問題的提出

1.1 保定電網(wǎng)輸電線路雷害基本情況

保定地區(qū)西部為太行山脈，由于特殊的氣象條件及獨(dú)特的地形、地質(zhì)環(huán)境，雷電活動(dòng)頻繁，造成保定西南部山區(qū)部分輸電線路雷害問題十分突出。特別是其中5條全山區(qū)110kV線路，由于當(dāng)初建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、運(yùn)行年線長(zhǎng)，連續(xù)3年雷擊故障占各類故障的80%以上。

1.2 輸電線路防雷的常用措施及問題

通常輸電線路防雷治理措施：降低桿塔接地電阻、加強(qiáng)線路絕緣、架設(shè)耦合地線、加裝防繞擊側(cè)針、裝設(shè)線路避雷器等。但是過去防雷治理采取的方法比較單一，即采取多種手段降低桿塔接地電阻。通過多年的改造，投入了大量的資金，雖然桿塔接地電阻基本滿足架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程相關(guān)要求，但雷擊跳閘率仍高居不下。通過到其它網(wǎng)、省公司調(diào)研，有的單位對(duì)全山區(qū)雷害多發(fā)線路采取了全線地網(wǎng)改造、加裝耦合地線、逐基桿塔加裝線路避雷器、可控放電避雷針、防繞擊側(cè)針的綜合治理措施，雖取得較為良好的防雷效果，但使用資金規(guī)模龐大。

2 問題的原因分析

為了很好解決保定西南山區(qū)電網(wǎng)五條輸電線路防雷問題，提高輸電線路防雷治理的資金使用效率及防雷效果，通過查詢各種資料和數(shù)據(jù)，進(jìn)行判別綜合分析研究，逐一制定防雷治理方案，在保定電網(wǎng)西部山區(qū)5條110kV線路應(yīng)用效果良好。

1）利用雷電定位系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析雷電活動(dòng)頻次及幅值、摸清雷電活動(dòng)的基本規(guī)律

通過雷電定位系統(tǒng)對(duì)5條線路兩側(cè)1km范圍內(nèi)落雷次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究。這樣，可以準(zhǔn)確了解每條線路逐基桿塔的雷電活動(dòng)頻次及雷電流幅值。同時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以清晰的看出，每條線路每年雷電活動(dòng)頻繁程度雖有所差別，但雷電活動(dòng)頻次在相關(guān)基桿塔或者說某條線路的某一區(qū)段內(nèi)活動(dòng)趨勢(shì)存在一定的規(guī)律。通過對(duì)5條線路連續(xù)4年的雷電活動(dòng)進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)得出A、B、C、D、E線路4年雷電活動(dòng)分布圖。如圖1為D線路4年雷電活動(dòng)分布：

圖1

2）統(tǒng)計(jì)分析線路雷害故障信息、找出雷害易發(fā)區(qū)段

為了摸清輸電線路雷害故障具體分布的規(guī)律，對(duì)5條線路連續(xù)3年故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及綜合分析，并繪制成表1。從表1中可以較清晰的看出，雷擊線路存在一定的大概率區(qū)段、即雷擊易發(fā)區(qū)。

如： D線路分布在15#-18#、67#-79#兩個(gè)區(qū)段。

表1 5條線路歷史雷擊故障統(tǒng)計(jì)表

3）分析地形、地貌，摸清反擊、繞擊，繪制趨勢(shì)分析圖

根據(jù)山區(qū)線路地形、地貌特征逐一對(duì)雷擊故障所處的地理位置進(jìn)行核對(duì)，進(jìn)而弄清雷擊故障反擊、繞擊的可能行。由于山區(qū)地形、地貌特征，特別是根據(jù)偏坡外側(cè)坡度不同，而引起避雷線對(duì)線路導(dǎo)線的保護(hù)效果不同的降低機(jī)理。對(duì)雷擊易發(fā)故障區(qū)段桿塔的地形條件進(jìn)行了逐一統(tǒng)計(jì)分析，并繪制趨勢(shì)分析圖（如圖2）。

圖2 D線路11#-18#地形及雷擊統(tǒng)計(jì)及趨勢(shì)分析圖

4）分析桿塔、接地裝置形式，接地電阻實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，查找線路本質(zhì)存在的防雷薄弱點(diǎn)

由于不同的塔形決定了導(dǎo)線保護(hù)角的不同，特別是耐張轉(zhuǎn)角桿塔的引流跳線各不相同；接地裝置形式在山區(qū)又受到地形、地質(zhì)不同得制約；接地電阻的合格與否，又受設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)的方法及質(zhì)量等諸多因素影響。對(duì)此5條線路雷擊易發(fā)故障區(qū)段的桿塔形式、接地裝置形式、接地電阻實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

3 防雷技術(shù)措施的確定

通過以上綜合分析，得出了山區(qū)線路雷擊故障受雷電活動(dòng)頻次、雷電流幅度、雷擊桿塔機(jī)率受地形、桿塔結(jié)構(gòu)、接地裝置的狀況等因素影響。按“木桶原理”解決少數(shù)短板，是可提高整條線路的耐雷水平指導(dǎo)思想，來確定5條線路的防雷技術(shù)措施原則。只需對(duì)線路局部的部分桿塔采取特殊的防雷措施即可基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期防雷效果。

1）對(duì)雷擊易發(fā)故障區(qū)段的接地裝置進(jìn)行全面的治理，接地電阻治理方法采用換土物理降阻、加長(zhǎng)射線、使其降到20Ω以下；

2）對(duì)曾經(jīng)發(fā)生過雷擊閃絡(luò)的桿塔每相導(dǎo)線都加裝避雷器；

3）針對(duì)地形情況，在發(fā)生過閃絡(luò)的桿塔兩側(cè)各延伸一基加裝避雷器；對(duì)導(dǎo)線水平排列、三角排列形式的在兩邊相加裝各一支避雷器；對(duì)雙回導(dǎo)線垂直排列形式的在每條線路的中相與下相各加裝一支避雷器。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

治理前，上述5條線路在連續(xù)3年內(nèi)總計(jì)發(fā)生17次雷擊跳閘，占這3年總故障次數(shù)的89%。治理后，上述5條線路2009年、2010年、連續(xù)2年未發(fā)生雷擊跳閘故障，治理效果相當(dāng)明顯。

隨著電力系統(tǒng)信息化建設(shè)的不斷深入，雷電定位系統(tǒng)、輸電線路地理信息系統(tǒng)、輸電線路衛(wèi)星地圖、及三維仿真技術(shù)的不斷引進(jìn)與發(fā)展，均為區(qū)域輸電線路雷害分析、防治創(chuàng)造了良好的條件，只要認(rèn)真掌握、結(jié)合實(shí)際情況，更加科學(xué)診斷雷電活動(dòng)的基本規(guī)律，才會(huì)進(jìn)一步提高輸電線路耐雷治理成效。