安徽電網(wǎng)220 kV輸電線路雷擊跳閘分析

王慶軍，　程登峰，　鄭世玲，　朱勝龍，　劉　靜

(國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥　230022)

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安徽電網(wǎng)220 kV輸電線路雷擊跳閘分析

王慶軍，程登峰，鄭世玲，朱勝龍，劉靜

(國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥230022)

摘要：220 kV輸電線路跳閘對電網(wǎng)供電可靠性影響較大，這其中雷擊引起的占較大比例，分析認(rèn)為繞擊是安徽電網(wǎng)220 kV輸電線路雷擊跳閘的主要原因，避雷線保護角、桿塔高度、地形、桿塔型式等對繞擊都有影響。文章還對雷擊發(fā)生的時間、雷電定位系統(tǒng)使用、重合閘成功率進行了分析。

關(guān)鍵詞：220 kV輸電線路；雷擊跳閘；繞擊；安徽電網(wǎng)

0引言

近年安徽省220 kV輸電線路由于雷擊引起的跳閘事故頻發(fā),約占跳閘總數(shù)的30%。雖然各單位在防雷工作上進行了大量工作,包括采取措施降低接地電阻、調(diào)整爬距增加線路絕緣水平、清理通道等,但雷擊跳閘率仍然沒有明顯下降。為此對近年的雷擊事故進行了調(diào)研。

從地理氣象條件上看,安徽省北部為平原地形,中部為丘陵地形,南部為山區(qū)地形。全省平均雷暴日為30～40,屬多雷區(qū)[1]。

為了解雷擊跳閘的原因,收集了近5年來的40起雷擊事例、故障點巡查情況、線路基本資料及雷電定位系統(tǒng)探測情況進行分析。

1分析與建議

1.1繞擊是220 kV輸電線路跳閘的主要原因

1.1.1繞擊事例分析

在近年統(tǒng)計分析的雷擊跳閘事例中[2-4],反擊7次,占14%,繞擊43次,占86%。是否是繞擊,主要是依據(jù)運行經(jīng)驗按照表1進行判斷。

從雷電定位系統(tǒng)[5]記錄的雷電流大小看主要有以下特點,大部分引起雷擊跳閘的事例中雷電流幅值均較小,具體結(jié)果見表2。這其中的原因主要是幅值較小的雷電流可能繞擊線路造成繞擊跳閘,幅值較大的雷電流擊中桿塔或地線,可能造成反擊跳閘,中等幅值的雷電流要引起反擊幅值可能性不夠大,又不易繞擊。

表1　區(qū)分繞擊與反擊的特征

表2　雷電流幅值分布

1.1.2造成繞擊的主要原因

表3　線路保護角統(tǒng)計

文獻[6]規(guī)定“桿塔上地線對邊導(dǎo)線的保護角,500 kV送電線路宜采用10°～15°。330 kV送電線路及雙地線的220 kV送電線路宜采用20°左右。山區(qū)110 kV單地線送電線路宜采用25°左右”,可見我省輸電線路地線的保護角符合相關(guān)規(guī)定,但從省內(nèi)外運行經(jīng)驗看有必要研究線路保護角對于輸電線路雷擊跳閘的影響。

國家電網(wǎng)生〔2005〕928 號《關(guān)于防止和降低架空輸電線路故障的通知》中提到“線路避雷線屏蔽保護角的選擇對線路防雷極為重要。當(dāng)保護角在 10°或更低時,發(fā)生雷電繞擊的概率較小。據(jù)統(tǒng)計,保護角小于 15°架空線路的雷擊跳閘率占37%,保護角在 15°以上的雷擊跳閘率占63%”。

目前我國的單回路500 kV輸電線路其邊導(dǎo)線保護角大都在12°～15°之間,對于同塔雙回線路,由于桿塔塔高增加較多,暴露弧段增加,減少保護角勢在必行。美國BPA的雙回路桿塔保護角一般在4°以下,日本主張使用負(fù)保護角。

(2) 桿塔高度對繞擊跳閘率的影響。當(dāng)桿塔高度較小時,α不同,跳閘率差別較小,隨著桿塔高度增加,α的影響變大[7],見圖1。以ZM51塔型為例,繞擊跳閘率在桿塔高度超過35 m,上升速度很快,桿塔高度每增加1 m,繞擊跳閘率上升67.16%。在此次統(tǒng)計的雷擊事故中有24次的桿塔塔高超過24 m,占總數(shù)的60%,這其中有11次是同塔雙回線路。

(3) 地形的影響。陡度對繞擊率有很大影響[8],應(yīng)用基于電氣幾何模型基礎(chǔ)上的擊距法進行分析,當(dāng)?shù)孛鎯A角增大時,繞擊跳閘率呈非線性上升,地面傾角小于15°時,傾角對繞擊率的影響不大,地面傾角大于15°時,繞擊率呈倍數(shù)增加,這對線路的防雷保護很不利。根據(jù)日本的研究結(jié)果,地面傾角等于30°的繞擊率是0°的5.73～8.79倍。在此次統(tǒng)計中有23次雷擊發(fā)生在山區(qū),地面傾角較大,有的甚至超過45°。

圖1　線路標(biāo)高與跳閘率的關(guān)系

在統(tǒng)計事例中還有20次發(fā)生閃絡(luò)桿塔處于水塘、水田、河流等有水的地理位置。

(4) 桿塔型式的影響。我省輸電線路塔型較多,命名也較為混亂,從本次調(diào)研可以看到塔型對于雷擊有著明顯地影響[9],見表4所列,發(fā)生雷擊事故較多的塔型有直線貓頭塔、直線T形塔、同塔雙回直線塔,見圖2～圖4所示。

表4　發(fā)生雷擊閃絡(luò)塔型統(tǒng)計簡表

圖2ZM21塔圖3ZT-3/20.7塔圖4PSL塔

總之,繞擊事例的發(fā)生是與桿塔結(jié)構(gòu)、避雷線保護角、桿塔高度、地形等有關(guān)。傳統(tǒng)的繞擊率計算存在偏差,這主要是因為我國規(guī)程對繞擊率計算式未加條件限制。這對高桿塔更顯得不合理。運行經(jīng)驗表明,高桿塔線路繞擊率明顯增高。規(guī)程計算式可能參考前蘇聯(lián)的經(jīng)驗,也可能是對國內(nèi)運行經(jīng)驗的總結(jié)。但這些經(jīng)驗來源于較低電壓等級、較低塔高和較大保護角的線路,沒有證據(jù)可證明它能延伸到較高電壓等級、較高塔桿和小保護角的線路。

1.2降低輸電線路雷擊跳閘率的重要因素

國家電網(wǎng)生〔2005〕928 號《關(guān)于防止和降低架空輸電線路故障的通知》中提到“據(jù)有關(guān)統(tǒng)計,遭受雷擊跳閘的 220 kV 及以上線路中80%左右的桿塔接地電阻偏大或超標(biāo)”。因此,減少接地電阻在防雷保護的作用十分明顯。

桿塔接地電阻增大時,當(dāng)雷擊于線路塔頂或避雷線時,雷電流流過桿塔塔身到達接地裝置發(fā)生反射后,使得塔頂電位大大升高,當(dāng)塔頂(或橫擔(dān)處)與導(dǎo)線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時,會對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò),這一過電壓,即形成雷電反擊。對于一般高度的桿塔,接地電阻上的壓降是決定塔頂高度處桿塔電位的主要因素,在同樣的雷電波頭下,接地電阻越大,塔頂電位升高越大,越容易對導(dǎo)線放電引起反擊。雖然雷擊塔頂時線路耐雷水平值與桿塔沖擊接地電阻、導(dǎo)線地線間的耦合系數(shù)、桿塔分流系數(shù)、桿塔等值電感以及絕緣子串的50%沖擊放電電壓等諸多因素有關(guān),線路耐雷水平與桿塔接地電阻關(guān)系見表5所列。但實際上,桿塔沖擊接地電阻直接影響著線路的耐雷水平。另外,桿塔接地電阻通過施加降阻劑后暫時達到了設(shè)計值,但降阻劑在長時間的運行期間可能流失,甚至對接地體造成腐蝕致使接地電阻回升增大,導(dǎo)致桿塔接地電阻不能滿足要求。

表5　110～500 kV線路耐雷水平與桿塔接地電阻的關(guān)系

1.3其他統(tǒng)計分析

(1) 發(fā)生雷擊的線路較分散,近年發(fā)生兩次雷擊跳閘的線路只有4條,而發(fā)生3次雷擊跳閘的只有3條。

(2) 雷害多集中在每年6、7、8月,但由于近年氣候變化異常,也有3、4月份甚至1月份發(fā)生雷害的記錄。發(fā)生的時間上0點到6點7次,6點到12點2次,12點到18點11次,18點到24點10次,其余則沒有時間段記錄,可以看到雷害發(fā)生在12點至24點遠大于6點到12點。

(3) 閃絡(luò)的絕緣子有23次為玻璃絕緣子,占總次數(shù)的72%,6次為瓷絕緣子,占總次數(shù)的19%,3次為復(fù)合絕緣子,占總次數(shù)的9%。

(4) 雷電定位系統(tǒng)可以很好地指導(dǎo)故障查詢、故障分析。

(5) 線路重合閘作為線路防雷的最后一道防線,應(yīng)積極采用。在這次可以統(tǒng)計的重合閘動作情況看有兩次是兩相動作,重合閘不動作,一次是開關(guān)遭雷擊,其余各次上看近兩年的重合閘成功率在90%以上。

2結(jié)束語

(1) 針對繞擊發(fā)生較多的情況,可考慮采取下述措施[10-11]:① 防雷設(shè)計方面宜將保護角控制在15°以內(nèi)。② 增大絕緣水平,但此項工作應(yīng)結(jié)合每基桿塔的實際,驗算間隙距離。③ 桿塔間耦合地線應(yīng)用宜在檔距較大、半山坡、繞擊易擊區(qū)段等因地制宜安裝。④ 對于線路避雷器、可控放電避雷針的使用,由于其費用較高,設(shè)計時不能完全考慮地形、氣候等因素,建議依靠運行經(jīng)驗,雷電定位系統(tǒng)等綜合考慮。

(2) 降低桿塔接地電阻,提高桿塔耐雷水平。檢查記錄每個塔腿接地導(dǎo)通情況、接地電阻值和接地連接螺栓緊固情況,對避雷線半絕緣的,應(yīng)采用接地?fù)u表測量,放線方向盡量與線路垂直;對運行超過20年及以上線路的桿塔接地裝置銹蝕情況應(yīng)抽樣開挖檢查,抽樣比例按15～20基抽1基控制(注意提高耐張、進線段桿塔抽樣比例),發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)適當(dāng)加大抽樣比例以進一步確認(rèn)。開挖檢查情況應(yīng)出具規(guī)范的報告(提供圖片資料,測量接地裝置截面大小)并存檔。

(3) 規(guī)范輸電線路雷擊調(diào)查及故障查找確認(rèn)工作,做好防雷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累工作。

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收稿日期：2016-03-07

作者簡介：王慶軍(1973-)，男，安徽金寨人，碩士，國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院高級工程師．

中圖分類號：TU895;TM862

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0044-03