配網(wǎng)線路差異化雷害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)

張潤恩++揣超智++楊俊平++帕爾哈提買買提依明

摘 要：10kV配電線路由于絕緣水平比較低，雷擊閃絡(luò)更容易發(fā)生，易導(dǎo)致因此而生成的工頻電弧將導(dǎo)線燒斷。伴隨電力系統(tǒng)配電線路絕緣化的改造，雷擊斷線問題更加突出。而近年來，國內(nèi)外架空絕緣導(dǎo)線發(fā)生雷擊斷線和裸導(dǎo)線閃絡(luò)跳閘的事件十分頻繁，造成了多起人身傷亡事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。配網(wǎng)架空線路雷擊跳閘率高，極端條件下存在雷擊斷線問題。該文通過分析10kV配網(wǎng)架空線路雷擊跳閘和雷擊斷線的機(jī)理，以及目前配網(wǎng)架空線路防雷現(xiàn)狀，提出配網(wǎng)架空線路差異化雷害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)，并通過實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用證明其行之有效。

關(guān)鍵詞：10kV配網(wǎng)架空線路 雷擊跳閘 雷擊斷線 差異化 雷害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0088-02

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展與管理水平的日益提高，配網(wǎng)管理與安全運(yùn)行工作受到高度重視，配電線路的防雷工作作為一個(gè)重點(diǎn)，近年來一直受到國網(wǎng)公司高度重視。2009年版《國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)應(yīng)用新技術(shù)目錄》中“10 kV 架空配電線路絕緣導(dǎo)線及其雷擊斷線保護(hù)”作為一個(gè)專項(xiàng)子目錄被提出。

1 分析10kV配網(wǎng)架空線路雷擊跳閘和雷擊斷線機(jī)理

1.1 工頻續(xù)流是絕緣導(dǎo)線斷線和跳閘的真正原因

雷電有較高的過電壓幅值，較短的放電時(shí)間，絕緣導(dǎo)線的絕緣層能夠被高電壓擊穿，引起絕緣子閃絡(luò)，與此同時(shí)，工頻續(xù)流可能由空氣電離而引起[1]；因10kV線路較小的檔距且雷電過電壓過快波運(yùn)動速度，大多會引發(fā)絕緣子在桿塔處閃絡(luò)，尤其是兩相或者三相一起閃絡(luò)產(chǎn)生短路電弧通道。線路的絕緣薄弱處一般容易成為雷擊閃絡(luò)擊穿點(diǎn)，但薄弱點(diǎn)的存在不一定都在同一桿塔上三相線路的絕緣處，所以閃絡(luò)不一定發(fā)生在同一桿塔。如果兩相或者三相閃絡(luò)發(fā)生在同桿上，形成工頻續(xù)流的可能性是有的，數(shù)千安的工頻短路電流也會引發(fā)，進(jìn)而發(fā)生斷線和跳閘現(xiàn)象。

可簡化描述絕緣導(dǎo)線雷擊斷線過程為：雷擊過電壓→擊穿導(dǎo)線絕緣層，被擊穿的絕緣層呈現(xiàn)一個(gè)針孔狀→絕緣子閃絡(luò)→建弧形成工頻短路電流，周圍絕緣阻隔電弧弧根，不能沿導(dǎo)線表面移動，只能固定在雷擊閃絡(luò)處→極短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線被整齊燒斷。

將其與裸導(dǎo)線受雷擊進(jìn)行比對，雷擊過電壓作用于裸導(dǎo)線引起絕緣子閃絡(luò)時(shí)，在電動力以及空氣氣流等外力作用下，建弧形成的工頻短路電弧可沿著導(dǎo)線表面向背離電源方向滑動，使灼燒不會集中于一個(gè)點(diǎn)上，斷路器在工頻續(xù)流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前就會切斷工頻電弧，從而使導(dǎo)線不會受傷嚴(yán)重?zé)齻?/p>

1.2 引起配電線路的雷害主要是感應(yīng)過電壓

感應(yīng)過電壓在三相線路上基本一樣，線路之間空氣間距不會被擊穿，感應(yīng)雷電波向桿塔兩側(cè)傳播迅速，抵達(dá)絕緣子附近的絕緣薄弱之處的時(shí)候，向鐵橫擔(dān)放電，從而使二相短路或三相短路現(xiàn)象發(fā)生，絕緣子附近一般會出現(xiàn)導(dǎo)線的斷點(diǎn)，范圍約在10～40 cm之間[2]。

絕緣水平低的配電線路，及附近物體在雷電直擊時(shí)的感應(yīng)過電壓，都可能引發(fā)配電線路閃電事故。在雷擊的時(shí)候最容易發(fā)生的是配電線路斷線事故，而造成架空絕緣導(dǎo)線斷線的主要原因就是雷擊。由于樹木、人工建筑物等的屏蔽保護(hù)作用，配電線路一般很少發(fā)生繞擊或直擊雷事故，所以雷電感應(yīng)過電壓是破壞架空絕緣導(dǎo)線斷線的主要原因。

2 目前配網(wǎng)架空線路防雷現(xiàn)狀

目前，我國配網(wǎng)架空線路防雷措施主要有三大類產(chǎn)品，即純空氣間隙類、無間隙氧化鋅避雷器類和帶間隙氧化鋅避雷器類，以下表1為各自的優(yōu)缺點(diǎn)比較分析。

3 目前配網(wǎng)架空線防雷存在的問題

配網(wǎng)線路眾多，基礎(chǔ)條件復(fù)雜，在設(shè)計(jì)建設(shè)過程中對于雷害防護(hù)考慮不足，造成配網(wǎng)線路雷害防治存在一定的盲目性，達(dá)不到預(yù)期效果。更多的是采用補(bǔ)救的方式，哪里有雷擊事故并由基層單位提出改造需求再去實(shí)施。現(xiàn)有的配網(wǎng)雷害防護(hù)的規(guī)范對于實(shí)際工作缺乏直接的技術(shù)支撐，如何防護(hù)、裝在哪里、采用何種防雷手段防護(hù)都是困擾防雷工作的難題，本文通過對配網(wǎng)線路的地形地貌、落雷密度、歷史跳閘情況、線路走廊土壤電阻率等關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，得出配網(wǎng)線路不同區(qū)段遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)的評估結(jié)果，高危區(qū)段重點(diǎn)防護(hù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路差異化防護(hù)的目標(biāo)，科學(xué)合理的解決了防雷裝置裝在哪里的問題。

4 10kV配網(wǎng)架空線路差異化雷害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)

通過對配網(wǎng)輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估工作的開展，對配網(wǎng)線路薄弱環(huán)節(jié)實(shí)施防雷改造時(shí)遵循差異化防雷思想，實(shí)現(xiàn)低成本就能使配網(wǎng)線路雷擊跳閘和斷線率有效降低的目的，使當(dāng)前生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問題得到解決。

該技術(shù)主要是通過研究配網(wǎng)線路的GIS地形地貌、雷電活動密度，并通過對配網(wǎng)線路歷史跳閘數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，對該線路的雷電活動情況進(jìn)行科學(xué)的分析和計(jì)算，設(shè)計(jì)出最合理的防雷措施。根據(jù)雷害風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果進(jìn)行有選擇的安裝帶串聯(lián)間隙雷擊閃絡(luò)保護(hù)器進(jìn)行防護(hù)，實(shí)現(xiàn)以最少的經(jīng)濟(jì)投入進(jìn)行全線防護(hù)，降低雷擊跳閘率90%以上的防雷效果。

4.1 技術(shù)路線（圖1）

4.2 基于線路地形地貌信息的雷害風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成易雷區(qū)的典型地形地貌風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)：

⑴ 雷暴走廊，如順風(fēng)的河谷和峽谷，以及風(fēng)口等。

⑵ 四處都是山丘的濕潤的盆地，如桿塔周圍有水庫、池塘、沼澤地、森林等，又有起伏的山丘在附近。

⑶ 土壤電阻率突然改變的地方，如地質(zhì)斷層帶，山坡和稻田、巖石與土壤的交叉地帶，巖石山腳下有小河谷等，低土壤電阻率處易被雷擊。

⑷ 地下水位較高處和有導(dǎo)電性礦的地方。

⑸ 電阻率差別不大的土壤，如山丘的土層和植被良好，突出的山頂、山的向陽坡易遭雷擊等。

⑹ 耐張轉(zhuǎn)角桿塔、大跨越桿塔。

4.3 基于雷電活動密度分布的雷害風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)電力系統(tǒng)雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)繪制出線路走廊近三年的平均落雷密度，通過線路走廊落雷密度將線路走廊區(qū)域內(nèi)桿塔按照雷害風(fēng)險(xiǎn)等級由高到低劃分為紅、橙、黃、綠、淺綠五個(gè)等級，挑選出需要重點(diǎn)防護(hù)的桿塔。

4.4 基于歷史跳閘數(shù)據(jù)的雷害風(fēng)險(xiǎn)評估

通過查詢、統(tǒng)計(jì)歷史跳閘數(shù)據(jù)，在GPS坐標(biāo)上對線路桿塔進(jìn)行標(biāo)注，對雷害桿塔進(jìn)行分布。

4.5 配網(wǎng)線路防雷設(shè)計(jì)原則

根據(jù)長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，形成易雷區(qū)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估應(yīng)遵循的幾點(diǎn)規(guī)則：

⑴ 分析基于三維地理信息系統(tǒng)的線路走廊地理?xiàng)l件，優(yōu)先考慮易遭雷擊段；

⑵ 基于雷電定位系統(tǒng)的雷電流幅值分布和落雷密度分布，優(yōu)先考慮雷電活動密集區(qū)域；

⑶ 線路及桿塔防雷性能評估相結(jié)合，優(yōu)先考慮防雷水平低的桿塔；

⑷ 同時(shí)滿足⑴和⑵條件的區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)防護(hù)段；

⑸ 滿足⑴或者⑵條件之一，且發(fā)生過雷擊跳閘的桿塔為重點(diǎn)桿塔。

5 10kV配網(wǎng)架空線路差異化雷害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)的應(yīng)用及結(jié)論

5.1 應(yīng)用效果

2014年2月，由國網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊縣供電公司成立10kV配網(wǎng)架空線路專項(xiàng)雷害治理小組，選擇雷害相對嚴(yán)重的甘渠線、菊板線、菊燈線、永鄉(xiāng)線進(jìn)行差異化雷害風(fēng)險(xiǎn)評估試點(diǎn)。經(jīng)過充分的現(xiàn)場勘查，線路運(yùn)行情況調(diào)研，分析了線路所在區(qū)域的地形地貌特征，掌握了線路走廊區(qū)域近幾年的雷電活動規(guī)律及參數(shù)統(tǒng)計(jì)。并根據(jù)配網(wǎng)線路防雷設(shè)計(jì)方案要求于2014年4月對以上四條線路安裝10 kV線路雷擊閃絡(luò)保護(hù)器，進(jìn)行防護(hù)。通過6個(gè)月的雷雨季節(jié)掛網(wǎng)運(yùn)作，雷害防護(hù)效果顯著。

5.2 結(jié)論

在專項(xiàng)治理小組對甘渠線、菊板線、菊燈線、永鄉(xiāng)線四條線路采取了有效地科學(xué)分析，并進(jìn)行了差異化雷害風(fēng)險(xiǎn)評估后，制定的技術(shù)方案是科學(xué)、有效的，該技術(shù)今后應(yīng)大力推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳水明，何金良.防止配電線路絕緣導(dǎo)線斷線的方法[C]//中國電機(jī)工程學(xué)會高電壓專業(yè)委員 會2004年學(xué)術(shù)會議.

[2] 陳偉明.10 kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線分析及預(yù)防[J].供用電，2005（10）：48-50.

[3] 阮羚，谷山強(qiáng)，趙淳，等.鄂西三峽地區(qū)220kV線路差異化防雷技術(shù)與策略[J].高電壓技術(shù)，2012（1）：157-166.endprint