110kV盛高線雷擊跳閘分析及處理措施

胡雨婕 胡奇鳴

摘 要：110kV盛高線與220kV興盛線、500kV興咸Ⅰ回、Ⅱ回、Ⅲ回線路平行及四次穿越，使當?shù)氐碾姶艌霭l(fā)生了改變，同時由于線路多處于魚池和水田的空曠地帶，雷電活動時，處于空曠地段的絕緣子易發(fā)生沿面閃絡(luò)，導致線路跳閘，通過調(diào)爬及減小線路保護角等手段，達到防雷擊的目的。

關(guān)鍵詞：110kV盛高線 雷擊 跳閘 處理措施

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0087-02

1 110kV盛高線線路基本情況

110kV盛高線全長28.644km，導線選用LGJ-240/30型鋼芯鋁絞線，地線選用GJ-50鍍鋅鋼絞線。全線共使用鐵塔102基，其中直線桿塔89基，耐張、轉(zhuǎn)角、終端鐵塔13基。

110kV盛高線自投運后的3年以來，雷擊跳閘7次，其中雷擊B相跳閘4次，雷擊B、C相跳閘1次，雷擊A相跳閘2次。具體情況如下：

投運當年5月24日21：10，110kV盛高線盛13開關(guān)A0I段、Z0I段動作跳閘，ZCH動作成功，發(fā)現(xiàn)23#塔B相絕緣子產(chǎn)生放電；當年8月17日17：26，110kV盛高線盛13開關(guān)接地距離I段、零序I段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)7#直線塔B相絕緣子放電；第二年5月23日23：19，110kV盛高線盛13開關(guān)距離Ⅰ段，零序Ⅰ段保護動作跳閘，ZCH動作成功，檢查發(fā)現(xiàn)11#塔B相絕緣子擊穿；第二年7月2日0：44，110kV盛高線盛13開關(guān)接地距離I段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)76#B相瓷瓶擊穿；第二年7月2日0：58，110kV盛高線盛13開關(guān)A0II段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)87#B、C相瓷瓶擊穿；第二年8月26日18：21，110kV盛高線盛13開關(guān)接地距離Ⅰ段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)19#A相下四片防污瓷瓶擊穿，第三年6月4日0：22，高06開關(guān)零序I段保護動作（重合閘未加用），檢查發(fā)現(xiàn)24#鐵塔A相瓷瓶沿面閃絡(luò)放電。

2 雷擊性質(zhì)分析

110kV盛高線地理位置為中雷區(qū)。由于220kV興盛線、500kV興咸Ⅰ回、Ⅱ回、Ⅲ回線路與110kV盛高線平行及四次跨越，使當?shù)氐碾姶艌霭l(fā)生了改變，最近幾年，雷電活動越來越頻繁，目前已達到多雷區(qū)的落雷密度。

雷擊架空輸電線路引起的絕緣閃絡(luò)分為兩類：反擊閃絡(luò)和繞擊閃絡(luò)。

雷擊塔頂部或避雷線時，雷電流通過塔體和接地體，使塔體電位升高，同時在相導線上產(chǎn)生感應過電壓。如果升高塔體電位和相導線感應過電壓合成的電位差超過線路絕緣閃絡(luò)電壓值，就會發(fā)生閃絡(luò)，這種閃絡(luò)稱為反擊閃絡(luò)（簡稱反擊）。衡量反擊的雷電流臨界值稱為耐雷水平，我國現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定有避雷線路，在一般土壤電阻率地區(qū)，其耐雷水平為110kV，線路為40～75kA。

根據(jù)簡化公式：絕緣子串雷電擊穿電壓UL=100+83.7×N

絕緣子串為7片時雷電擊穿電壓UL=100+83.7×7=685.9kV

絕緣子串為8片時雷電擊穿電壓UL=100+83.7×8=769.6kV

鐵塔在雷擊時電感約為3毫亨，即在100kA時1m的鐵塔為10kV電壓，若鐵塔為30m時，桿塔電阻為300/100=3Ω。

目前110kV盛高線接地電阻最大為3.14Ω，若考慮線路桿塔電阻為5Ω，則雷擊桿塔在絕緣子串為7片時雷電流為685.9/8.14=84kA，而查雷電觀測系統(tǒng)，洪湖地區(qū)最大雷擊電流為72kA，而幾次跳閘的雷電流為50kA左右，因此，雷擊塔體產(chǎn)生反擊的可能性比較小。

雷電穿越避雷線直擊到相導線上時稱為繞擊，它引起的閃絡(luò)稱為繞擊閃絡(luò)。采用統(tǒng)計經(jīng)驗法計算繞擊率，這是根據(jù)大量的架空輸電線路運行經(jīng)驗統(tǒng)計出繞擊率與桿塔高度、避雷線對邊導線保護之間關(guān)系。由于運行經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有一定局限性，各學者推薦的繞擊率經(jīng)驗公式不同。但共識是，避雷線對邊相導線保護角越大，繞擊率越大；桿塔越高，繞擊率越大。

110kV盛高線避雷線對邊相導線保護角X5型塔為27.8°，桿塔最高為29m，最大檔距為379m。由于110kV盛高線避雷線對邊相（B相）導線保護角過大，桿塔過高，雷電流較小，因此，雷電穿越避雷線直擊到相導線上時產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)的可能性較大。

雷擊導線上產(chǎn)生的絕緣子串雷電擊穿電壓經(jīng)驗公式為：UL=10IL，即雷電流在7kA時，絕緣子串就會擊穿。

3 110kV盛高線跳閘現(xiàn)象分析

（1）6次跳閘特征分析：跳閘時天氣比較惡劣，基本上都是大風、暴雨、雷電，發(fā)生時間以下午17時至凌晨1時期間為主，被雷擊中的全部為直線鐵塔，多數(shù)緊靠耐張鐵塔，且均為空曠地段，周圍以水田和魚塘為主，同時以B相動作為主（其中B相單獨動作4次，B、C相同時動作1次，A相動作2次），重合閘全部成功。

（2）瓷瓶外觀分析：發(fā)生閃絡(luò)的瓷瓶均為內(nèi)外表面沿面閃絡(luò)，經(jīng)湖北省電力試驗研究高級技術(shù)專家鑒定屬于工頻閃絡(luò)。

（3）跳閘動作過程分析：雷電擊中110kV線路避雷線和橫擔，將瓷瓶周圍空氣擊穿，形成微秒瞬間電弧，同時工頻相電壓由導線經(jīng)已形成的瞬間電弧通道放電至橫擔，并在瓷瓶內(nèi)外表面形成沿面弧光（工頻放電弧光），該電弧持續(xù)的時間較長，約10ms，引起110kV線路保護動作，引起吸納路瓷瓶內(nèi)外沿面釉質(zhì)、碗頭鑄鐵局部燒灼，工頻電弧持續(xù)10ms以后過零熄弧，0.8s后線路重合閘動作，合閘成功。

4 110kV盛高線雷擊跳閘原因分析

盛高線雷擊跳閘比以前跳閘頻繁，主要原因是：

（1）與線路的地理走向有關(guān)：在1#～16#桿與220kV興盛線平行的這段線路呈南北走向，并且位于220kV興盛線的南邊，當雷雨季節(jié)頻繁時刮的多為東南風，盛高線為迎風側(cè)，所以雷電先接觸的便是盛高線。

（2）與線路下多魚池和水田有關(guān)：因為洪湖市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點，以生態(tài)漁業(yè)為主，所以在盛高線的走廊上魚池比較多，從而形成大量的水蒸氣，與帶電的風相互作用，把雷電引來對線路進行繞擊。

（3）線路保護角過大：110kV盛高線避雷線對邊相導線保護角X5型塔為27.8°，使雷電繞擊線路的概率的可能性增大。

（4）桿塔過高：110kV盛高線桿塔最高為32m，呼稱高全部在20m以上，使雷電繞擊線路的概率的可能性增大。

（5）雷電流較小：根據(jù)雷電觀測系統(tǒng)顯示，雷電流大多數(shù)在50kA以下，使雷電繞擊線路的概率的可能性增大。

5 110kV盛高線幾種防繞擊雷經(jīng)濟技術(shù)方案

（1）采用雙串V型瓷瓶，減少保護角，達到減少雷電穿越避雷線直擊到相導線上時產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。根據(jù)計算X5型塔單根避雷線保護角可達到20°左右，達到減少雷電穿越避雷線直擊到相導線上時產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)的目的。每基塔價格約1500元，保護范圍為全線。

（2）將單根避雷線改為雙根避雷線。減少保護角達到減少雷電穿越避雷線直擊到相導線上產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。110kV盛高線在雷擊多發(fā)區(qū)域，雙根避雷線對邊導線的保護角應小于20°；大跨越桿段保護角不得大于15°。每基塔價格約2800元。保護范圍為全線。

（3）由于220kV、500kV線路距離110kV盛高線較近，110kV盛高線桿塔較高，線路下基本上在魚塘、農(nóng)田中，采用加裝耦合地線達到減少雷電穿越避雷線直擊到相導線上時產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。每基塔價格約300元，保護范圍為全線。

（4）采用XBL-II型高效防繞擊避雷針可保護桿塔附近50m內(nèi)達到減少雷電穿越避雷線直擊到相導線上時產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。每基塔價格約3000元，保護范圍為桿塔附近50m內(nèi)。

（5）采用可控避雷針可保護桿塔附近15m內(nèi)達到減少雷電穿越避雷線直擊到相導線上時產(chǎn)生繞擊閃烙。每基塔價格約8000元，保護范圍為桿塔附近15m內(nèi)。

（6）使用線路避雷器。在采取其他防雷措施后，效果仍然不明顯的情況下才使用線路避雷器，每基塔價格約16500元。

6 110kV盛高線雷擊結(jié)論

鑒于以上原因分析及防雷工作實施措施，110kV盛高線只能采取綜合防治措施，逐步實施，達到目標為止。

（1）調(diào)爬：在最大風偏和最大弧垂允許的情況下，對線路最大限度地調(diào)爬，增加1片絕緣子。

（2）對X5型塔采用雙串V字型絕緣子串。采用雙串V字型絕緣子串考慮線路對鐵塔凈空時不需考慮導線的風偏，因此可減少保護角。

7 具體實施方案

（1）將全線直線塔懸瓶由7片增加為8片瓷瓶。

（2）將1#～33#、74#～96#段直線塔B相改為“V”型串。110X5型鐵塔B相防雷保護角由改造前的29°57'15"減小到21°37'30"，110T1型鐵塔B相防雷保護角由改造前的26°17'16"減小到20°23'16"，110ZS3型鐵塔B相防雷保護角由改造前的27°11'20"減小到20°4'15"。

8 實施后的效果評估

投運第三年4月將全線直線塔懸瓶由7片增加為8片瓷瓶后，投運第四年6月4日凌晨24#鐵塔A相遭雷擊1次，投運第四年10月將1#～33#、74#～96#段直線塔B相改為“V”型串，改造后5年內(nèi)，110kV盛高線經(jīng)受住了雷雨季節(jié)的考驗，全線都沒有遭雷擊，效果明顯，取得實效。