高壓輸電線路防雷工作大數據分析與研究

黃升博

【摘 要】本文以深圳電網為模型，以大數據分析為手段，通過對深圳電網近8年110kV及以上高壓輸電線路線路雷擊跳閘情況對比分析、雷擊閃烙絕緣子缺陷及故障率統計分析、跳閘相序排列分析、重復跳閘線路分析等研究雷擊跳閘的特點、原因及規律，為防雷工作提供思路與參考。

【關鍵詞】高壓輸電線路；雷擊跳閘；大數據；分析

中圖分類號： TM862 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）26-0099-002

Big Data Analysis and Research on Lightning Protection of High Voltage Transmission Line

HUANG Sheng-bo

（Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd.，Shenzhen，Shenzhen Guangdong 518000，China）

【Abstract】This paper takes Shenzhen Power Grid as a model and big data analysis as a means.By comparing and analyzing the lightning trip of 110kV and above transmission lines in Shenzhen Power Grid in recent 8 years，the defects and failure rates of the lightning insulators are analyzed statistically，Arrangement analysis，repeated trip analysis and other analysis of the characteristics of lightning trip，the reasons and the law for the mine to provide ideas and reference.

【Key words】High voltage transmission line；Lightning trip；Big data；Analysis

0 引言

近年來，隨著城市高速發展和人們對美好生活的日益追求，作為城市電網的大動脈的高壓輸電線路，其安全穩定運行更顯重要。對于在惡劣天氣情況下，因落雷的隨機性，高壓輸電線路因雷擊跳閘事件不可避免，針對這一現狀，通過對雷擊跳閘各類情況進行大數據分析，有利于查找雷擊跳閘特點、原因及規律，對防雷工作有十分重要的指導意義。

1 深圳輸電線路跳閘情況

近年來，深圳電網的快速發展，隨著城市化建設速度的加快，近年來，發生過多起因施工外力破壞導致線路跳閘的事件，2003-2010年，500kV線路共計跳閘19次，其中外力破壞占42.1%，由于500kV線路其設計防雷能力較高，因此造成500kV線路跳閘的主要原因為外力破壞。2003-2010年，220kV線路共計跳閘151次，其中雷擊跳閘82次，占54.3%。2003-2010年， 110kV線路共計跳閘645次，其中雷擊跳閘369次，占57.21%。因此，雷擊是造成歷年來線路跳閘的主要原因之一。

2 雷擊跳閘數據分析

2.1 雷擊跳閘情況

2010年，深圳電網110kV及以上線路雷擊跳閘共計81次， 其中，110kV線路跳閘62次，占雷擊跳閘次數76.54%，220kV線路跳閘19次，占雷擊跳閘次數23.46%，未發生一起因雷擊跳閘導致的變電站失壓或大范圍停電故障。根據統計資料，結合雷電活動情況，數據顯示，線路雷擊跳閘率自2003年以來基本為逐年下降的趨勢。

2.2 雷電活動情況

2010年，深圳地區年雷電日為252天，雷電小時為1525小時，總落雷次數為45202個，比2009年36165次落雷增加25%，最大雷電流為595.4kA，均為近年來數據之最。其中 2010年5月7日共計落雷4453次，比2009年1-5月累計落雷次數還多80.42%，共造成線路雷擊跳閘19次，占當年雷擊跳閘總數的23.5%。數據證明，雷電活動情況同輸電線路跳閘次數密切相關。

2.3 雷擊跳閘具體情況分析

2.3.1 同塔多回線路跳閘分析

2010年雷擊跳閘的線路，單回路桿塔占11.11%，多回路桿塔占88.89%，其中多回路桿塔中220kV線路同塔雙回占89.2%，同塔多回占10.1%；110kV線路同塔雙回占91.3%，同塔多回占7.5%。從歷年數據可以看出，同塔多回路線路跳閘情況居多，故應在同塔多回路線路設計及運維方面重點考慮防雷措施。

2.3.2 雷擊跳閘線路保護角分析

根據線路設計規程要求，220kV輸電線路雷擊跳閘桿塔線路保護角需滿足小于20度的要求，110kV輸電線路雷擊跳閘桿塔線路保護角需滿足小于25度的要求。深圳電網220kV線路雷擊跳閘線路保護角100%為10度～20度；110kV線路雷擊跳閘線路保護角93%為10度～20度，小于10度的占7%。

通過統計數據顯示，深圳高壓架空輸電線路保護角均滿足設計要求，但線路投運后雷擊跳閘次數和跳閘率仍偏高。綜合考慮，主要是由于深圳地處沿海，雷電活動頻繁，結合特殊的地理環境，深圳地區線路保護角設計如下較為合理：500kV線路<0度；220kV<5度；110kV<10度。

2.3.3 雷擊跳閘跳閘線路桿塔所處地形地貌統計分析

2010年雷擊跳閘線路桿塔70.6%處于山頂或三脊處；11.76%位于丘陵或山脈的上邊坡外側；17.64%位于平地。其中，對于處于山頂或上邊坡側線路桿塔雷擊跳閘均符合國內外雷擊跳閘地理位置規律，在此地段，如果架空線路分布密集，可以考慮在傳統防雷的基礎上，適當選址建立引雷塔，以提高防雷水平。endprint

2.3.4 絕緣子缺陷及故障分析

2010年，深圳地區高壓輸電線路雷擊跳閘81次，其中發生在玻璃絕緣子69次，合成絕緣子10次，瓷質2次，輸電線路玻璃、合成、瓷質絕緣子比例約為6：3：1，玻璃、合成、瓷質絕緣子雷擊跳閘比例分別為59%、33.3%和7.7%。數據看來，玻璃絕緣子和合成絕緣子的耐雷水平相對較差，但由于合成絕緣子遭受雷擊后具有恢復特性，為暫時性故障，不影響線路的繼續運行。

2.3.5 跳閘相序排列分析

深圳輸網單回路結構線路雷擊跳閘中，以兩邊相的跳閘比率較高，以2010年數據為例，占了跳閘總數的63.6%；同塔雙回或多回結構線路，上中下三相雷擊跳閘比例基本一致，差異不大，但以中相、下相的跳閘比例最高，各占雙回路跳閘總數的31.4%；同塔四回線路結構以上相、下相的跳閘比例較高，占了線路跳閘總數的40%和33.3%。結合上面數據，統計規律與規程計算繞擊跳閘率偏高的理論一致。

2.4 雷擊跳閘原因分析

深圳地區雷電活動頻繁，強度大。根據廣東電網公司雷電定位系統中查詢結果，僅2005年，深圳地區落雷次數為17374次；2006年為28205次；2007年為27020次； 2008年落雷次數高達39821次，雷電達到峰值271天；2009年落雷次數為35099次，雷電日為240高達224天，2010年落雷次數為45134次，雷電日為279天，遠遠超過線路設計中40日的標準雷電日。雷電活動頻繁是輸電線路雷擊跳閘的主要原因。

再者，隨著深圳電網規模的不斷增長，以及雷電活動的隨機性，導致了雷擊跳閘次數及頻率的增加；而深圳電網受制于土地資源稀缺，同塔多回路線路逐年增多，易發生多回路同時跳閘；從地理位置上來看，部分位于重污染地區及靠近海邊的線路桿塔金具及附件的老化嚴重，從而影響了線路的防雷性能。此外，由于高壓輸電線路桿塔大多位于野外及山上，盜竊電力設備事件時有發生，尤其是桿塔接地引下線及地網被盜走，導致輸電線路接地電阻變大，從而影響了防雷效果。

3 防雷工作存在的主要問題

3.1 輸電線路防雷設計有待提升

輸電線路設計一般具有相應設計資質設計單位完成，但設計單位設計水平參差不齊，存在現場踏勘不細、套用圖紙、基礎收資不完整等問題，導致線路防雷設計差異化深度不足。

3.2 防雷工作的前瞻性不夠

對強雷區的避讓不足、桿塔過高、保護角設計過大、元件選型考慮不周、塔頭選擇不合理、防雷措施不到位等問題，造成線路雷擊跳閘次數增加隨著電網規模的不斷增長，防雷工作前瞻性不夠。

3.3 防雷工作科技含量不高

防雷工作的一個很關鍵工作是要要在雷擊跳閘后，查到雷擊跳閘發生的位置。目前雷電定位系統但單一雷擊位置反應有一定的準確性，但對復雜環境及未知原因跳閘的定位不準確。跳閘后，仍舊主要靠人工巡視查找雷擊點，而且是根據巡查人員經驗類判斷，因此，雷電定位的科技含量和大數據分析有待進一步加強。

3.4 防雷工作的統籌性不強

防雷工作是一項長期工作，統籌性不強主要體現在防雷差異化工作需進一步加強。防雷差異化包括根據環境、線路類型等的不同采取增加絕緣子、改造接地電網、安裝避雷器等措施。目前，電力企業雖然進行了差異化防雷工作，但如何針對不同防雷工作統籌安排仍有很多提升工作，還應繼續推進相關工作，降低雷擊同跳概率。

4 防雷建議措施

4.1 前期把關新線路防雷設計

對于新建高壓輸電線路線路，結合前面分析，深圳地區線路保護角設計建議如下：500kV線路<0度；220kV<5度；110kV<10度。同時應結合新建線路地區污染度、雷電分布情況，綜合線路重要性、運行經驗、技術經濟比較、實施難度等因素，合理利用采用差異化防雷、減小線路防雷保護角等手段，提升設計標準，提升桿塔反擊耐雷水平。

4.2 運行線路開展綜合改造

一是采取加強絕緣、桿塔接地電阻檢測、地網改造、線路避雷器安裝、架空地線引流線更換安裝等措施，提升輸電線路防雷水平。二是針對同塔多回輸電線路投運后曾發生過雷擊同跳的桿塔，宜在該塔及前后各一基塔選擇一回線路安裝線路避雷器。三是開展引雷塔、防雷接閃器、石墨接地體、輸電線路故障精確定位裝置等新技術應用；實施雷電定位系統升級改造，力圖提高雷擊的探測精度和探測效率。四是開展絕緣子劣化檢測更換，對玻璃絕緣子噴涂PRTV涂料。五是在線路密集的高山地區選址建立引雷塔及開展防雷新技術研究。

5 防雷前景展望

通過對深圳地區高壓輸電線路雷擊跳閘大數據分析情況，結合目前的防雷措施，筆者認為，在今后的防雷工作，有必要對以下三個方面工作重點加強，以強化防雷基礎，提升防雷效果，提升供電可靠性。

5.1 結合雷擊跳閘大數據分析，開展電網輸電線路雷區分布動態分析，根據雷電定位系統的落雷數據，實時掌握落雷情況，并結合電網線路桿塔GIS坐標測量數據，進行同時段區域橫向比較、同區域或同一桿塔點歷史落雷及線路跳閘的縱向比較，并對相關數據動態綜合分析，差異化提出防雷措施及辦法，使防雷工作更有前瞻性和針對性。

5.2 加強與地方氣象部門溝通，建立長期聯系聯動機制。氣象部門有比較準確完善的雷電監測數據，電力企業有雷擊跳閘數據及雷電定位系統監測數據，通過聯系聯動，將雷電定位數據、氣象閃電定位數據及預警系統的雷電參數進行數據共享，并結合實際情況，合理確定地方防雷設計標準，進一步提升線路防雷水平。

5.3 做好雷電環境區域等參數收集分析，通過數據對比開展大數據分析。目前，國內對于雷擊線路尚缺乏最為直接的影響資料及雷電流特性參數等最為直接的雷電參數，因此，獲取第一手雷電參數資料，積極開展雷電性能分析研究，必將極大拓寬防雷思路及方式。endprint