高壓輸電線路雷擊故障分析

熊猛，羅翔

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司西雙版納供電局，云南 景洪 666100；2.海南電網(wǎng)公司海口供電局，海口 570206)

高壓輸電線路雷擊故障分析

熊猛1，羅翔2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司西雙版納供電局，云南 景洪 666100；2.海南電網(wǎng)公司海口供電局，海口 570206)

架空輸電線路作為電網(wǎng)的重要組成部分，其分布廣且線路長，大部分輸電線路處于野外環(huán)境中.所以在雷雨季節(jié)受到雷擊的可能性非常大。線路受到雷擊，不僅對線路造成嚴(yán)重的損壞，同時威脅變電站的安全運行，以及整個電力系統(tǒng)供電的可靠性。現(xiàn)就我局新建220 kV景黎線一起雷擊跳閘故障，結(jié)合輸電線路的實際運行與防雷現(xiàn)狀進行原因分析，在此基礎(chǔ)上探索有效的防雷保護措施，以提高我局架空輸電線路的防雷能力。

架空輸電線路；雷擊跳閘；思考與探索

0 前言

高壓輸電線路架設(shè)在野外，其運行條件極易受所處環(huán)境、氣候、地理位置的影響，比電力系統(tǒng)其他元件所處環(huán)境更加復(fù)雜，遭受雷擊的概率要遠高于其他電力系統(tǒng)元件。我局地處熱帶雨林的西雙版納，雨水充足，雷電活動頻繁。雷擊跳閘故障，給輸電線路造成了較大的威脅，嚴(yán)重影響了其輸電線路的安全穩(wěn)定運行。對每一起雷擊跳閘故障收集相關(guān)數(shù)據(jù)，認真分析原因，積累運行經(jīng)驗，探索相關(guān)預(yù)防措施，完善輸電線路防雷技術(shù)，有效提升抵御雷擊事故能力，提高安全可靠輸電水平，是當(dāng)前輸電線路設(shè)計、施工、運行和維護的一項重點工作之一。

1 線路概況

220 kV景黎線全長61.168 km，共有鐵塔126基。其中#1～#114塔與220 kV黎曼線同塔雙回架設(shè)，布置方式為垂直排列 (上C、中B、下A)，地線為GJX-80和GJ-50，導(dǎo)線為2×JL/G1A-300/40鋼芯鋁絞線 (GB/T 1179-2008)，絕緣布置為耐張串18片、跳線串采用16片U70BL的鋼化玻璃絕緣子。

2 跳閘情況

220 kV景黎線跳閘。

220 kV黎明變電站，主一保護：光纖電流差動出口，接地距離Ⅰ段出口，B相故障，重合閘動作成功，測距38.25 km。主二保護：接地距離Ⅰ段出口，B相故障，重合閘動作成功，測距38.25 km。故障錄波器：B相故障，測距38.031 km。

220 kV景洪電站，主一保護：光纖電流差動出口，B相故障，重合閘動作成功，測距16.88 km。主二保護：縱聯(lián)距離出口，接地距離Ⅰ段出口，B相故障，重合閘動作成功，測距 16.88 km。故障錄波器：B相故障，測距16.816 km。

巡視發(fā)現(xiàn)220 kV景黎線#98塔 (耐張塔)，B相引流線絕緣子串第1片和第16片有明顯的閃絡(luò)痕跡。絕緣子串無破損，暫不影響線路帶電。現(xiàn)場實測量接地電阻值為：A腿：9.7 Ω；B腿：9.9 Ω；C腿：9.7 Ω；D腿：9.9 Ω，設(shè)計值為20 Ω，接地網(wǎng)電阻值均合格。

3 原因分析

3.1 線路絕緣水平

220 kV景黎線和220 kV黎曼線同塔架設(shè)，為了避免雷擊引起雙回線路同時跳閘，因此兩條線路絕緣采取差絕緣布置。220 kV景黎線耐張塔采用玻璃絕緣子18片，引流串采用16片，直線塔采用17片，絕緣水平滿足規(guī)程要求。查看絕緣子出廠實驗報告，絕緣子50%的沖擊放電電壓為100 kV。同時該線路處于非污穢區(qū)。通過現(xiàn)場檢查#98塔除B相引流線絕緣子串第1片和第16片閃絡(luò)，其他串無自爆絕緣子。因此可排除事故線路絕緣水平低下的影響因素。

3.2 對地間隙

為了保護環(huán)境，減少對林木的砍伐，全線采用高跨越的形式架設(shè)。220 kV景黎線#98塔設(shè)計最小電氣間隙為1.45 m，驗收實測為2.03 m，滿足要求。#98塔塔型為SJC341-36，呼稱高36 m，相鄰橡膠樹的高度在18～24 m之間，在設(shè)計氣象條件最高氣溫35℃時，#97～#98塔、#98～#99塔前后擋弧垂分別為53.595 m和3.360 m。而#97與#98塔分別位于兩個山頭上，中間跨越一個大深溝，弧垂最低點位于大深溝內(nèi)，因此#98塔帶電部分對地間隙滿足要求，從而可排除事故線路帶電部分對地間隙不足的影響因素。

3.3 架空地線保護角和桿塔接地

根據(jù)相關(guān)規(guī)程與運行經(jīng)驗，同塔雙回或多回路，110 kV線路的保護角不宜大于10度，220 kV及以上線路的保護角均不宜大于0°。本線路# 98塔220 kV景黎線與220 kV黎曼線同塔架設(shè)，采取了全線架設(shè)雙地線，作為防雷的主要措施。# 98塔地線對B相導(dǎo)線的實際保護角為0°，因此可排除事故線路保護角及避雷線布置的影響因素。

經(jīng)過現(xiàn)場實測量接地電阻和查看相關(guān)資料，# 97桿塔工頻接地電阻值為25 Ω，根據(jù)現(xiàn)場實際勘察，#97～#98檔距內(nèi)未跨越其他任何線路，#98～#99檔距內(nèi)未跨越其他任何線路。因此可排除事故線路相互交叉跨越距離的影響因素。

4 事故桿塔地理位置及高度

線路沿線主要地貌單元大部分屬中低山地貌，少量丘陵及沖積平地。地面高程介于586 m～1042 m，相對高差介于150 m～400 m，山坡自然坡度15°～40°不等。考慮對沿線相鄰橡膠樹林的保護，該線路全線采取高跨越方式，桿塔整體高度相應(yīng)增高。經(jīng)過現(xiàn)場實際勘察和查看相關(guān)資料，#97與#98塔分別位于兩個山頭上，中間跨越一個大深溝，檔距為920 m，高差為57 m。#98與#99塔位于一個山頭，#98～#99檔距為220 m，高差為94 m。#98塔的高程為830 m，塔全高54.6 m，高出四周物體約30 m，又地處半山坡迎風(fēng)面，深溝處還有一條水溝。客觀上處于易遭雷擊的地帶環(huán)境。

從下兩式可知，線路落雷次數(shù)與線路繞擊率都與桿塔高度有關(guān)，線路落雷次數(shù)：

式中：γ為地面落雷密度，Td為年雷暴日數(shù)；b為避雷線間距，hg為地或?qū)Ь€平均高度。

線路繞擊率：

式中：α線路保護角；h為桿塔高度

因此判斷#98塔突出的易擊地理位置及桿塔高度，成為本次雷擊的影響因素。

5 事故分析

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計可知2013年版納地區(qū)雷暴日為333，雷電小時為3 313，總雷電數(shù)為71 939，總回擊數(shù)為138 355，最大雷電流幅值為537.2 kA，放電次數(shù)平均在3次及以上。結(jié)合2013年版納地區(qū)雷電流積累概率分布，本線路處于雷擊活動強烈地區(qū)，成為本次雷擊的影響因素。

架空輸電線路的雷擊事故主要有雷電流繞擊與反擊。繞擊與雷電流幅值及避雷線保護角有關(guān)；反擊與桿塔地網(wǎng)電阻及雷電流幅值、雷電流最大陡度有關(guān)。

式中：U50—絕緣子串的50%沖擊放電電壓

反擊耐雷水平：

式中：hg—地線平均高度，ha—桿塔橫擔(dān)高度，ht—桿塔平均高度，hc—導(dǎo)線懸掛點平均高度，Ri—桿塔沖擊接地電阻，β—桿塔分流系數(shù)，Lt—桿塔等值電感，k—電暈修正后耦合系數(shù)，k0—避雷線與導(dǎo)線間的幾何耦合系數(shù)。

把線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入以上式3，式4，#98塔反擊耐雷水平計算値約為94.118 kA，繞擊耐雷水平計算値為16 kA。滿足于220 kV輸電線路典型設(shè)計的桿塔 (75～110 kA)的耐雷水平。對于110 kV及以上線路，當(dāng)雷電流幅值超過或接近線路的反擊耐雷水平時出現(xiàn)反擊的幾率較大，當(dāng)雷電流幅值比較小時發(fā)生繞擊的概率相對較大。# 98塔地處半山坡迎風(fēng)面，雷擊B相處于下山坡側(cè)，同時跨越有水溝的深溝；加上雷電定位系統(tǒng)測得的跳閘當(dāng)日#98塔的雷電流幅值為-54.7 kA；再有#98塔是鼓型塔，地線保護角為0°，出現(xiàn)B相引流線絕緣子串第1片和第16片有明顯的閃絡(luò)痕跡。綜上各種情況，雷電繞擊導(dǎo)線，成為本次雷擊的影響因素。

6 改進措施

220 kV景黎線為新架線，采用了雙架空地線、0°保護角、鋼化玻璃絕緣子差絕緣布置、合格的接地電阻與對地間隙等，較完善的常規(guī)防雷方法。介于我局高壓輸電線路，地處熱帶雨林、雷電活動頻繁的西雙版納地區(qū)，還應(yīng)結(jié)合實際的地理環(huán)境、運行條件、線路特點，思考與探索更具有針對性，綜合性的防雷技術(shù)及措施，有效降低雷擊故障率，提高我局架空輸電線路的安全穩(wěn)定運行能力。

6.1 設(shè)計方面

1)雷電日與跳閘的次數(shù)成線性關(guān)系，隨著雷電日增多跳閘次數(shù)也就越高。高壓輸電線路的設(shè)計需要有效的雷電數(shù)據(jù)，然而目前我國輸電線路設(shè)計主要依賴于工程實施地區(qū)長期觀測統(tǒng)計結(jié)果，雖然這些數(shù)據(jù)具有一定的規(guī)律性，但是并不能夠準(zhǔn)確的反映出當(dāng)?shù)乩纂娀顒樱旊娋€路建設(shè)需要精確有效的數(shù)據(jù)作為其設(shè)計的依據(jù)，當(dāng)前參數(shù)之間存在的差異性，影響著輸電線路防雷能力的設(shè)計和性能。在輸電線路設(shè)計和建設(shè)階段，充分調(diào)查沿線地區(qū)雷電活動情況，認真做好技術(shù)經(jīng)濟分析，合理設(shè)計和建設(shè)防雷系統(tǒng)。

2)運行實踐證明，線路遭受雷擊往往集中于易擊區(qū)域，包括山區(qū)風(fēng)口、順風(fēng)峽谷、周邊環(huán)境比較潮濕的山丘盆地、山頂向陽地帶，或地形復(fù)雜、高差較大、土壤電阻率較高、雷電活動強烈地段的某些特殊地段。在設(shè)計輸電線路路徑時，應(yīng)盡量避免經(jīng)過這些易擊區(qū)域。如果實在無法避開，對處于該區(qū)域的輸電線路，則應(yīng)該采取相應(yīng)的保護措施，在規(guī)程基礎(chǔ)上提高防雷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。從源頭上減少線路遭到雷擊的可能性。

6.2 技術(shù)設(shè)施方面

1)裝設(shè)線路避雷器：為了增強線路的抗雷能力，在線路易擊地段的高桿塔安裝線路避雷器。根據(jù)我局已裝設(shè)避雷器的線路運行統(tǒng)計情況看，凡裝設(shè)避雷器的線路雷擊故障明顯下降，線路雷擊跳閘率顯著降低，同時還能減少維修和巡視工作量。線路避雷器保護范圍有限，其應(yīng)用投資較高，安裝線路避雷器需綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟性。在雷電活動頻繁區(qū)域易擊桿塔、大跨越檔距高桿塔，地處半山腰迎風(fēng)坡類似#98塔的桿塔等，適應(yīng)安裝線路避雷器；應(yīng)充分利用雷電定位系統(tǒng)開展線路避雷器的合理選址；可以考慮安裝線路避雷器反擊較多的桿塔應(yīng)當(dāng)在三相上均安裝，繞擊較多的桿塔僅需在邊相一側(cè)加裝；應(yīng)盡量選用氧化鋅避雷器、帶有并聯(lián)間隙的避雷器，防雷效果明顯，又有利于節(jié)約安裝成本，延長其使用壽命。

2)減少線路保護角：減小保護角是國內(nèi)外公認的降低輸電線路繞擊跳閘率的最直接有效措施，實際運行經(jīng)驗也表明小保護角的輸電線路繞擊跳閘率普遍較低。原DL/T620規(guī)程中推薦的保護角數(shù)值己不能滿足當(dāng)今電網(wǎng)發(fā)展要求，先一般建議采用負保護角。平原地區(qū)線路單回路保護角0°～5°，同桿雙回線采用0°～-5°，山區(qū)單回線保護角可采取0～-5°，雙回路采用-8°～-10°。對運行多年的輸電線路應(yīng)用減小保護角技術(shù)進行改造時，工程復(fù)雜、施工周期長、費用高，總體經(jīng)濟性較低，可謹慎選擇。對于新建線路，應(yīng)用減小保護角技術(shù)，只需對桿塔重新設(shè)計，不需對線路進行額外改造，可按需要選擇。類似#98塔的線路，設(shè)計可以采用負保護角，作為防止繞擊跳閘的措施。

3)塔頂安裝多根短針避雷裝置 ：線路的弧垂能夠使中間段的保護角比近桿塔段的要小，因此也就導(dǎo)致繞擊事故多出現(xiàn)在近桿塔段。采用在塔頂安裝多根短針避雷裝置，在桿塔附近的一些雷就會直接落在避雷針上，然后通過桿塔入地，從而大大減少塔頂場強，在塔頂附近就會形成一個負保護角，有效降低高壓輸電線路遭到繞擊的幾率。類似#98塔的線路上，可選擇裝設(shè)多根短針避雷裝置。

4)可控放電避雷針：雷電對于地面物體的放電形式，主要有上行雷閃以及下行雷閃兩種。其中上行雷閃其放電電流非常小，但是其時間持續(xù)非常長。那么可控放電避雷針就是一種針對于上行雷，通過針頂部的電場進行控制，對上行雷進行引發(fā)放電，進行能量釋放，來減少其繞擊，同時對其保護角進行增加上行雷的避雷裝置。類似#98塔地理位置的高桿塔，可選擇裝設(shè)可控放電避雷針，減少其線路繞擊跳閘率。

5)裝設(shè)消雷器：消雷器是一種放大了的避雷針。消雷器所有尖端中和雷云中異性電荷，降低局部空間電場強度，阻止了雷云先導(dǎo)向前發(fā)展，起到了消雷作用，降低了雷電對輸電線路的危害。由于消雷器安全可靠、便于安裝，且基本不需維護，接地電阻又無需象避雷針那樣要求高 (一般小于100 Ω即可)，因而可以考慮在類似#98塔的線路上裝設(shè)。

6)完善雷電監(jiān)測系統(tǒng)：在220 kV的輸電線路上安裝完善雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)，進行線路上雷電的數(shù)量、大小、位置和狀態(tài)自動監(jiān)測以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。通過該系統(tǒng)檢測到的可靠雷電數(shù)據(jù)，對雷電的特性和活動規(guī)律進行分析研究，對輸電線路的雷擊進行劃分等級，制定與之相符的防雷措施。另外雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)，還能對雷擊的線路桿準(zhǔn)確定位，清楚地判斷出某次閃絡(luò)的性質(zhì)，有利于雷擊故障點巡查的準(zhǔn)確性，時效性，有效提高線路故障檢修工作效率。

6.3 運行管理方面

1)整體優(yōu)化重視線路的防雷管理工作，建立和完善雷擊跳閘線路的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，有針對性的制定相應(yīng)防范措施。

2)定期或不定期對輸電線路工作人員進行強化培訓(xùn)，學(xué)習(xí)及借鑒新型的防雷方法與技術(shù)。

7 結(jié)束語

雷電作為一種自然現(xiàn)象，因其瞬時性、突變性與大能量，目前為止還無法全面掌握其規(guī)律性實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，輸電線路防雷工作是一項長期性、探索性、持續(xù)改進的體系工作。更需要從實際運行條件出發(fā)，做好相關(guān)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，不斷積累運行經(jīng)驗，創(chuàng)新防雷工作理念，探索采用更有針對性、有效性的防控措施與方法。學(xué)習(xí)、借鑒、推廣國外先進的防雷技術(shù)應(yīng)用，從而提高架空輸電線路的整體耐雷防雷技術(shù)水平，安全運行的質(zhì)量與效果，提升電網(wǎng)供電可靠性，促進我國電力事業(yè)的發(fā)展。

[1] 蘭成杰，王政.送配電線路運行與檢修 [M].中國水利水電出版社，2004.7.

[2] 劉亞新.輸電線路反事故技術(shù)措施實施細則及條文說明[M].中國電力出版社，2004.9.

[3] 高翔，馬儀.220 kV同桿雙回輸電線路雷擊跳閘分析 [J] .2008(06).

[4] 李川.架空輸電線路雷擊跳閘分析及防雷探討 [J]. 2011(08).

[5] 葉曉東.輸電線路設(shè)計及運行中的防雷技術(shù)措施研究 [J] .中國高新技術(shù)企業(yè)，2011(22).

Reflection and Exploration on Lightning Tripping for High-Voltage Transmission Lines in Xishuangbanna Power Supply Bureau

XIONG Meng1，LUO Xiang2
(1.Xishuangbanna Power Supply Bureau，Jinghong，Yunnan 666100，China；2.Haikou Power Supply Bureau，Haikou 570206，China)

As an important part of China Southern Power Grid，the over-head transmission lines，most of which lie in wild environment，are widely distributed so that it is likely to be struck by lightning tripping in the thunderstorm reason.If so，the over-head transmission lines are not only badly damaged，but also threaten the safe operation of the transformer substations，even the power supply reliability of the power system.Combining with the actual operation of the over-head transmission lines and the lightning proof situation，the thesis is aimed at analyzing the reasons of a lightning tripping fault about 220 kV Jungli over-head transmission lines and exploring effective measures to improve the lightning proof.

over-head transmission lines；lightning tripping；reflection and exploration

TM85

B

1006-7345(2015)04-0048-04

2015-06-12

熊猛 (1986)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)公司西雙版納供電局，主要從事輸電線路運檢技術(shù)管理工作 (e-mail) 1055334996＠qq.com。

羅翔 (1991)，男，海南電網(wǎng)公司海口供電局，主要從事輸電線路運行維護管理工作 (e-mail)568724749＠qq.com。