上海電網線路防雷分析

顧承昱，張錦秀，任 超

（1.華東電力試驗研究院有限公司，上海 200437；2.上海市電力公司，上海 200122；3.中國電力投資集團公司高級培訓中心，上海 200240）

1 上海電網雷擊跳閘特點

上海電網地處長江三角洲沖擊平原地區，土壤電阻率較低，500kV，220kV和110kV線路歷年跳閘率較低，而配電線路的雷擊跳閘率較高，特別是位于城郊的10kV線路。

10kV配電網中桿塔的平均高度要比較高等級輸電線路的桿塔低，在城市中的線路受到建筑物和樹木的遮蔽，遭受直擊雷的機會相對較少。

位于城郊地區的配電線路，由于架設在空曠的地域，還是容易遭受到雷擊。例如：浦東供電公司現有10kV絕緣導線長528.4km，絕緣化率為30.87%；絕緣導線線路有287條，已經安裝上電壓保護器的線路有69條，僅占24%。大部分線路設備均在郊區或城鄉結合部，極易遭受雷擊。另外，因10kV配電網電壓等級低，其絕緣等級也相對較低，加上線路之間的距離短，遭受雷擊后很容易跳閘。2010年上海電網線路的雷擊跳閘統計結果如表1所示。

表1 2010年上海電網線路雷擊跳閘統計

由表1統計結果可以看出，在配電網的雷害事故中，10kV線路跳閘為1 610次；35kV線路跳閘為86次，約占整個電力系統雷害事故的80%。

隨著配電網基礎設施的日趨完備，污穢、線路外破等原因導致線路跳閘的次數逐漸增加，雷害已經成為影響10kV配電網安全運行的主要原因。在全社會對供電可靠性要求不斷提高的情況下，改善城郊地區10kV配電網防雷性能的工作勢在必行，這也是上海電網線路防雷工作的重中之重。

2 雷電對配電線路的影響分析

雷擊對配電系統主要有三方面的影響，即雷擊跳閘次數較多；雷擊跳閘重合不成功；絕緣導線遭雷擊斷線。

2.1 雷擊跳閘次數較多

決定線路雷擊跳閘次數的主要因素是：線路走廊內的落雷密度，線路的引雷寬度，線路防雷設計和性能參數。通常，線路的防雷設計是符合技術經濟原則的，就是允許線路有一定的可接受的雷擊跳閘率。一般來說，雷擊跳閘大部分都可以重合成功，對系統的影響較小。因此，對于雷擊跳閘次數多的問題需要從局部和全局兩個方面考慮。

對于局部地區線路在一次雷電活動中（或一年中）跳閘率增高，需要分析其原因是線路所處的位置雷擊活動較強，還是該地區的線路防雷性能較差。如果確認線路防雷性能較差，就要采取針對性的措施。對于上海地區整體來說，線路跳閘次數增多后，其中重合不成功次數也會有一定比例的增加。隨著客戶對供電可靠性要求的提高和近年雷電活動的增強，有必要采取加強線路的防雷性能等措施來提高供電可靠性。

2.2 雷擊跳閘重合不成功

雷擊跳閘重合不成功會造成線路較長時間的停電，對系統造成重大的影響，其主要原因是雷擊致使設備故障和短時間多次雷擊。由于雷電的能量巨大，雷擊線路時會引起配電線路上桿變、避雷器和絕緣子等設備的損壞，造成永久性故障，導致雷擊跳閘后重合閘不成功。尤其在雷電活動特別頻繁的季節，線路雷擊跳閘后會緊接著遭受第二次雷擊，同樣會造成重合閘不成功。

2.3 絕緣導線遭雷擊斷線

由于絕緣導線在防外破、解決樹線矛盾等方面的性能，致使上海電網10kV系統中絕緣導線占了很大比例，同時也大大增加了雷擊絕緣導線時斷線的概率，并且會發生雷擊斷線后導線縮進絕緣介質內沒有接地信號的情況，很有可能導致人身傷害，是電力系統的一個重大安全隱患。

3 提高配電線路防雷水平分析

3.1 現行防雷措施的標準和要求

在DL／T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合標準中和10kV線路防雷相關標準中明確了35kV及以下線路，一般不沿全線架設避雷線。除少雷區外，3kV—10kV鋼筋混凝土桿配電線路，宜采用瓷或其他絕緣材料的橫擔；如果用鐵橫擔，對供電可靠性要求高的線路宜采用高一電壓等級的絕緣子，并應盡量以較短的時間切除故障，以減少雷擊跳閘和斷線事故。對于雷電活動強烈的地方和經常發生雷擊故障的桿塔和線段，應改善接地裝置、架設避雷線、適當加強絕緣或者架設耦合地線。

分析上述標準的要求，對于10kV線路，除了沒有要求架設避雷器以外，對防雷的要求還是較高的，這包括加強線路絕緣和減少故障切除時間等措施。從中可以看出上述標準的主導思想形成較早，當時的桿塔絕緣桿（木桿）占了很大的比例，隨著近幾年的電網快速發展，新線路大多數采用鋼筋混凝土桿塔和鋼桿，線路的絕緣水平降低很多。

早期標準制定時，10kV線路的可靠性要求遠遠沒有現在高，是以節約投資為主要目的。因此，根據目前的電網建設和需要，適當提高10kV線路的防雷水平是很有必要的。

3.2 上海電網開展配電線路防雷分析

國外在配電網的防雷保護方面進行了大量的研究。例如：日本在6.6kV—20kV線路上，主要采取避雷線與避雷器并用、加強絕緣、設置級差絕緣、改進接地等防護措施，線路的雷害停電事故比改進前取得了明顯的效果。

上海地區原來的35kV線路也是嚴格按照相關技術標準架設，只在變電站附件的進線段安裝避雷線，由于發生雷擊故障較多，就陸續在全線加裝了避雷線。采取此項措施后，35kV線路的雷擊跳閘率明顯下降，跳閘后基本重合成功。這對10kV的防雷具有很好的參考意義。

另外，在上海部分空曠地區的10kV雷擊嚴重線路，也已經安裝避雷線進行研究和探索。例如：靠近虬江碼頭的虬18線路，長2.72km，其周邊沒有高大的建筑，但在2001—2003年期間，虬18線路連續發生多起雷擊故障，經過2003年8月12加裝避雷線后，沒有再發生雷擊跳閘的故障。

借鑒國內外同行的防雷先進經驗，結合上海電網的運行特點，在防雷方面做了大量工作和探索。

1）部分郊區線路增設避雷線 對未安裝避雷線的10kV線路增設避雷線，用以提高對導線的屏蔽耦合作用，以及加強對雷電流的分流，降低塔頂電位，提高線路的耐雷水平。

2）提高線路的絕緣水平 采用高一絕緣等級的絕緣子，提高雷電流沖擊耐受電壓；金具采用剝絕緣層安裝的耐張線夾，提高防雷水平和防止絕緣導線遭雷擊斷線。

3）全線安裝防雷擊斷線裝置和防雷金具對早期絕緣導線線路進行改造，全線安裝防雷擊斷線裝置和防雷金具，并安裝雷擊顯示裝置，提高線路耐雷水平，加快故障點尋找速度，減少運行巡視工作量。

4）利用雷電定位系統結合生產管理系統輔助防雷工作 上海市電力公司的上海電網雷電定位系統目前是一個準實時的雷電觀測系統，可以借助雷電定位系統清晰地了解某一時段的雷電分布情況。例如：2010年8月26日，嘉定地區和青浦地區的雷擊跳閘特別嚴重，這和往年的金山地區和奉賢地區等靠近海邊地區雷擊嚴重的情況大不相同。通過雷電定位系統的查詢，嘉定地區和青浦地區在這一時段落雷明顯強于海邊的金山地區和奉賢地區，如圖1和表1所示。

圖1 2010年8月26日上海地區落雷分布

表1 2010年8月26日0：00—23：00時段上海地區落雷數統計

圖2是2010年8月份的落雷密度統計分析，可以明顯地看出北部的嘉定地區（落雷密度為14.107）以及青浦地區（落雷密度為5.791）的雷電，較南部海邊幾個地區的雷電活動較強。

圖2 2010年8月上海各區落雷密度統計分析

雷電定位系統除了可以比較宏觀的、全面的幫助分析落雷情況外，更重要的是可以結合上海電網的生產管理系統（PMS）的詳實線路信息，進行線路跳閘的雷擊分析，對較長的配電線路雷擊故障的排查提供幫助。例如：通過對松江地區10kV線路8起雷擊斷線故障查詢，發現其中6起的定位精度在200m左右，如圖3所示。2010年7月4日一次雷電活動引起某條線路跳閘，借助雷電定位系統可以清晰的判斷落雷點在線路的東側（8—12號桿），實際雷擊斷線為8～10號間斷線。這樣，對于較長的配電線路，雷電定位系統可以清晰地判斷雷擊故障點所在線路的區段，協助故障點的查詢，縮短雷雨天氣下故障排查時間，力爭提前恢復送電。

圖3 配電線路跳閘雷擊相關性查詢

3 提高配電線路防雷水平建議

配電線路防雷精細化是今后工作的方向，上海市郊的配電線路由于數量多、分布廣和絕緣水平低等諸多原因，很容易受到雷害的影響。上海電網對配電防雷的工作非常重視，通過積極探索，取得了一定的成績，但在防雷精細化工作方面還應繼續加強和給力。為此，提出以下建議：

1）加強雷電數據檢測和雷害風險量化評估工作 雷電定位系統在歷年的防雷工作中發揮了巨大作用，需要收集好雷電信息和電網跳閘情況，研究科學量化評估雷害風險的方法，使上海市電力公司建立起基于雷電數據檢測、雷害風險量化評估的線路防雷設計、建設與改造標準體系，用以降低線路跳閘率，進一步提高設備可靠性。

2）加強線路差異化防雷工作 上海電網涵蓋多個市郊的地域，線路桿塔的類型，絕緣化率和目前使用的防雷裝置都有所不同，因此要針對各種不同的線路進行防雷改造，采取有針對性的技術措施。

3）加快防雷試點工作及評估防雷效果 針對目前提出的10kV線路上的防雷措施試點工作，在安裝試點后需要同密切關注其雷季的運行情況，考慮結合先進的國內外技術安裝雷電照相、雷擊計數器等就地觀測裝置，深入進行防雷效果評估，以便為今后的推廣應用打下堅實的基礎。

4）提高配電網防雷改造資金的利用效率在配電網線路防雷中，線路的絕緣水平與跳閘率有著密切的相關性，為了提高線路的耐雷水平，需要投入大量資金。而配電線路覆蓋范圍廣、數量多，為此，在有限的防雷改造資金的條件下，防雷改造的使用必須突出重點，有必要對各種防雷措施進行試點比對，選擇投入相對較少，防雷效果明顯（性價比高）的措施，選擇重點線路先行安排防雷改造。