山區高壓輸電線路的防雷對策

黃會賢，羅標，曹云軒，石孝文

(重慶市電力公司長壽供電局，重慶市，401220)

0 引言

重慶長壽地區高壓輸電線路點多面廣、幅員遼闊，頻繁的雷電活動和獨特的地形，使得輸電線路雷擊跳閘現象較其他地區嚴重。在2007—2010年，長壽山區35 kV及以上輸電線路共發生278次跳閘故障，其中雷擊跳閘246次，雷擊跳閘占歷次線路跳閘總數的88.5％，這說明雷擊跳閘是造成長壽山區輸電線路故障的主要原因。本文統計了近5年長壽山區35 kV及以上輸電線路的雷擊跳閘故障，介紹了雷害事故的處理流程，根據理論和現場經驗判斷了雷害方式，對線路雷擊跳閘進行了分析，在總結防雷整治過程中進行了探索研究，并在此基礎上提出一些新的防雷觀點和思路。

1 長壽山區輸電線路的雷擊跳閘情況

2007—2010年長壽山區35 kV及以上輸電線路共發生雷擊跳閘故障246次，具體情況如圖1所示。

圖1 長壽35 kV及以上輸電線路雷擊跳閘情況Fig.1 Lightning trip of 35 kV and higher transm ission line in Changshou area

由圖1可見，長壽山區35 kV及以上輸電線路平均每年雷擊跳閘數為61.5次，其中220 kV輸電線路為11.75次，110 kV輸電線路為36次，35 kV輸電線路為13.75次。渝東南地區是長壽山區輸電線路防雷的重點區域，并且同一條線路重復遭到雷擊，有必要對其進行防雷整治。

2 雷害事故處理流程

長壽供電局雷害事故處理一般流程如圖2所示。事故巡視堅持“巡必巡到、巡必巡完”的原則。發生事故跳閘，特別是雷擊事故跳閘，必須要巡檢到故障點，另外還要巡檢整條線路，檢查其他桿塔是否有雷擊現象［1］。

圖2 輸電線路雷害事故處理流程Fig.2 Processing flow of lighting accident on transm ission line

為了及時發現故障情況，更好地為調度、檢修提供第一手信息，雷害事故巡視結合了變電站保護動作跳閘情況和雷電定位系統，先確定故障相別，再根據桿位明細表確定重點巡視對象；通過線路跳閘時間查看該段線路走廊范圍內的落雷情況，回擊數較大或雷電流較大的桿塔段作為重點巡視桿塔段。發現故障點后進行登桿透視照相，為雷擊跳閘提供現場證據，影響輸電運行的線路故障要及時匯報電力調控中心和檢修公司運檢管理部，進行相應的處理和消缺安排。

3 輸電線路雷擊跳閘分析

3.1 長壽山區雷電活動情況

長壽山區雷電活動頻繁，據雷電定位系統統計，2009年長壽地區的雷電總數為4 108個，若考慮渝東南地區則雷電總數達到36 753個；2010年長壽地區的雷電總數為5 628個，若考慮渝東南地區則雷電總數達到37 018個。因此有必要對長壽地區雷電活動規律進行探索，一般采取的方法是以雷電定位系統數據為主，氣象觀測數據為輔，進行基礎數據積累。

2007—2010年長壽山區35 kV及以上輸電線路不同月份的雷擊跳閘情況如圖3所示，調查統計結果顯示，雷擊跳閘主要集中發生在4～5、7～8月，這幾個月份是重慶的雷雨季節，極端性的氣候以及強對流天氣極易形成雷暴。

3.2 雷害方式的判定

圖3 長壽35 kV及以上輸電線路 不同月份的雷擊跳閘情況Fig.3 Lightning trip statistics of 35 kV and higher transm ission line in Changshou area in differentmonths

一般來說，可以根據表1來判別和分析反擊、繞擊故障。反擊和繞擊電流的貫穿特點不同，一般反擊可以在塔頭部分(地線或地線橫擔上)找到接地點，而繞擊只能在絕緣子接地端部分找到繞擊點。每次雷害事故都要安排事故巡視，進行登桿透視雷擊故障點情況，并做好詳細的記錄、保存圖片資料，從而提供現場判據。

表1 雷害方式判斷表Tab.1 transm ission line lighting damagem ode

3.3 感應過電壓的分析計算

研究表明：35 kV及以下架空線路由雷擊引起的線路閃絡或故障的主要原因不是直擊雷過電壓而是感應雷過電壓，感應雷過電壓導致的故障超過90％［2］。因此，分析計算感應過電壓對電力線路的絕緣設計、防雷保護整治有著重要意義。

當雷擊點與線路的水平距離大于65 m時，雷擊線路附近導線上產生的感應雷過電壓幅值為

式中Ui為感應雷過電壓幅值；：I為雷電流幅值；hc為導線懸掛的平均高度，m；S為雷擊點與線路水平距離。

3.4 地質條件的影響

雷電繞擊率與避雷線對邊導線的保護角、桿塔高度以及高壓輸電線路經過的地形、地貌和地質條件有關［3-4］。山區高壓輸電線路的繞擊率約為平地高壓輸電線路的3倍，在山區設計輸電線路時不可避免地會出現大跨越、大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環節；一些地區雷電活動相對強烈，使某一區段的線路較其他線路更容易遭受雷擊。

長壽地區地質結構復雜，以山地、高山為主，渝東南地區輸電線路大部分架設在山嶺中，多為巖石、頁巖、沙石等地質，土壤電阻率較高。根據運行經驗及故障統計數據表明，聳立在山嶺間的鐵塔更容易遭受雷擊，有坡度地形下的桿塔保護角屏蔽失效區較大，更容易發生雷電繞擊現象。

4 山區電網輸電線路的防雷整治

4.1 幾種常用的防雷措施

降低線路雷擊跳閘率的主要手段，有整治接地網、減小地線保護角、加裝特種避雷針或避雷器、提高線路耐雷水平、降低桿塔高度、架設耦合地線等［5-7］。

(1)加強高壓送電線路的絕緣水平。高壓輸電線路的絕緣水平與耐雷水平成正比，加強零值絕緣子的檢測，保證高壓輸電線路有足夠的絕緣強度是提高線路耐雷水平的重要手段。

(2)降低桿塔的接地電阻。高壓輸電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據各基桿塔土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓輸電線路耐雷水平的基礎，是最經濟、有效的手段。

(3)架設耦合地線。耦合地線可以使避雷線和導線之間的耦合系數增大，并使流經桿塔的雷電流向兩側分流，從而提高高壓輸電線路的耐雷水平。

(4)適當運用高壓輸電線路避雷器［8-11］。避雷器安裝在導線與橫擔之間，當過電壓達到避雷器的動作電壓時，避雷器立即動作泄流，從而限制了過電壓幅值。根據實際運行經驗，在雷擊跳閘較頻繁的高壓輸電線路上選擇性安裝避雷器可以達到較好的避雷效果。目前在長壽地區已使用一定數量的高壓輸電線路避雷器，運行情況較好，但由于裝設避雷器投資較大，設計中只能根據情況少量使用。

依據雷害方式的判斷結果和對主要防雷措施進行的分析對比，并充分考慮長壽地區輸電線路的重要性(不適合大規模地改變鐵塔本體設施)，兼顧經濟適用，對運行線路防雷整治一般采用接地網改造、適當選擇加裝避雷器以及選擇一些非常規防雷裝置，即在塔頭部分加裝可控放電避雷針或在地線上安裝防繞擊避雷針。

4.2 防雷整治觀念的改進與應用

在線路防雷整治的實踐過程中，合理安排線路防雷的整治次序、全盤考慮、規范防雷措施，能有效地降低輸電的雷擊跳閘率。

在管轄區域內若有多條需整治的線路，必須確定防雷重點線路的整治次序，具體的選排流程如圖4所示。

圖4 線路防雷整治次序的確定Fig.4 Regulation order for line lightning protection

輸電線路防雷是一項長期性的工作，應采取集約化、規范化的方式進行各種防雷措施的技術經濟對比，開展防雷典型性設計方案的研究，從而降低成本提高效益。

(1)集中治理，重點突出。雷電活動具有隨機特性，因此將整改范圍擴大分散至幾條線路不如集中精力先整治好1條線路。

(2)全盤考慮。如果進行防雷整治時，在易遭雷擊的桿塔加裝避雷器而沒有注意整改桿塔的接地情況，將導致防雷效果不明顯。在塔頭裝設非常規防雷裝置的目的是將雷電的繞擊轉化為反擊，這樣就對桿塔的接地電阻提出了更高要求。因此，防雷改造要全盤考慮、綜合完善，采取塔頭防雷裝置與桿塔接地模塊同時實施的方法來改善雷擊跳閘水平。

(3)狠抓源頭。從實際運行經驗來看，線路絕緣水平高、避雷線保護角小、接地電阻小的線路桿塔雷擊跳閘現象明顯較少，因此運行單位在提高運行線路防雷水平的同時，應提高新建線路的設計要求并充分參與設計，盡可能從設計源頭上降低線路的雷擊跳閘率。

(4)精心維護。根據雷電活動規律，在進入雷電活躍期之前進行防雷裝置的檢查和桿上引下線的維護，在帶板圓鋼與鐵塔連接處或鐵夾板涂抹導電膏，整治不合格的接地網，精心維護輸電線路，有效減少雷害事故。

5 結語

(1)山區輸電線路防雷研究和治理是一個長期積累的過程，需要做好各類數據統計歸納等基礎性工作，逐步探索和掌握客觀規律。

(2)對于雷電活動頻繁的地區，在進行線路防雷整治時，應根據線路雷擊技術統計、線路重要程度和已有防雷水平等信息，合理確定線路段的整治次序，提高防雷整治的整體效果。

(3)進行線路防雷整治是一項長期性工作，應集中治理、全盤考慮、狠抓源頭、精心維護。

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