輸電線路差異化防雷技術(shù)策略研究

摘要：一些地形比較復(fù)雜，土壤電阻率高，雷電活動(dòng)十分頻繁，再加上輸電線路走廊的環(huán)境惡劣，造成輸電線路雷擊跳閘事故時(shí)有發(fā)生。為了更好地適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展需要，降低雷電災(zāi)害造成的損失，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，采取差異化防雷技術(shù)，以提高輸電線路運(yùn)行安全。為此，圍繞差異化防雷技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，探討了差異化防雷技術(shù)的應(yīng)用思路，并闡述多項(xiàng)防雷技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用方法，旨在合理配置防雷措施，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益與最低運(yùn)維成本。

關(guān)鍵詞：輸電線[A2]"路 差異化防雷技術(shù) 劃分雷電風(fēng)險(xiǎn) 繞擊防治

Research on Differentiated Lightning Protection Technology Strategy for Transmission Lines

XIONG Meng

Yunnan Power Grid Co.， Ltd. Xishuangbanna Power Supply Bureau， Jinghong， Yunnan Province， 666100 China

Abstract： Some terrains are complex， with high soil resistivity and frequent lightning activity， coupled with the harsh environment of transmission line corridors， resulting in frequent lightning tripping accidents of transmission lines. In order to better adapt to the development needs of the situation and reduce the losses caused by lightning disasters， differentiated lightning protection technologies should be adopted according to actual needs to improve the operational safety of transmission lines. Therefore， research is conducted around differentiated lightning protection technology. Based on project examples， this paper explores the application ideas of differentiated lightning protection technology， and elaborates on the practical application methods of multiple lightning protection technologies， aiming to reasonably configure lightning protection measures， achieve optimal economic benefits and minimum operation and maintenance costs.

Key Words： Transmission lines; Differentiated lightning protection technology; Classify lightning risks; Circumcision prevention and control

輸電線路本身具備距離長(zhǎng)、分布范圍廣、地處曠野的鮮明特征，易遭受雷電打擊，頻頻發(fā)生線路燒毀、大范圍停電事件，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。早期電網(wǎng)工程采取單一防雷技術(shù)手段，實(shí)際防護(hù)效果不理想。為此，應(yīng)結(jié)合輸電線路的運(yùn)行特征與實(shí)際防雷需求，制[ 3]"訂完善的防雷方案，提高供電的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

1 項(xiàng)目概況

110 kV鄉(xiāng)龍線隸屬于西雙版納供電局，于2022[ 5]"年6月13日投入運(yùn)行。該輸電線路起始點(diǎn)分別為220 KV傣鄉(xiāng)變電站和110 kV勐龍變電站，線路全長(zhǎng)為46.420 km，采取單雙回路混合架設(shè)方式，沿途分布105座鐵塔。根據(jù)項(xiàng)目投運(yùn)情況來(lái)看，在2022年，線路落雷次數(shù)平均占比約為過去10年總體落雷次數(shù)的10.5%，處于平均正常水平；100 kV鄉(xiāng)龍線N6、N52、N47等少數(shù)桿塔落雷數(shù)量在過去10年中的占比在9.09%～[A6]"9.86%不等，略低于平均正常水平?？紤]到線路沿途各桿塔的雷電規(guī)律有著細(xì)微差別，統(tǒng)一雷電防護(hù)方案并不適用，為兼顧運(yùn)維成本和滿足雷電防護(hù)需求，本項(xiàng)目最終采取差異化防雷技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有防雷方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在落雷次數(shù)相對(duì)較多、反擊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的桿塔上加裝避雷器。

2 輸電線路差異化防雷技術(shù)的應(yīng)用思路

2.1劃分雷電風(fēng)險(xiǎn)

差異化防雷技術(shù)以按需防護(hù)為基礎(chǔ)，根據(jù)所掌握信息，客觀評(píng)估各條線路和沿途桿塔的雷電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，再根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)來(lái)確定防護(hù)力度、選擇防護(hù)措施，以最大限度發(fā)揮防雷裝置功能效用^[1]。因此，工作人員必須劃分雷電風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)線路雷擊跳閘率與地面傾角來(lái)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，把線路走廊兩側(cè)1 km范圍作為地面傾角計(jì)算范圍，沿線每隔50 m獲取傾角平均值。

在本項(xiàng)目，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知，110 kV鄉(xiāng)龍線N47與N52號(hào)桿塔跳閘率相對(duì)較高，N6號(hào)桿塔跳閘率相對(duì)較低。把全部桿塔的繞擊、反擊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為I、II、III、IV四個(gè)級(jí)別，以平均雷擊跳閘率的50%、100%和150%作為分級(jí)點(diǎn)，最終把II、IV級(jí)桿塔列為防雷改造目標(biāo)。針對(duì)輸電線路沿途反擊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)與IV級(jí)、繞擊風(fēng)險(xiǎn)為IV級(jí)的桿塔，加裝氧化鋅避雷器；對(duì)于沿途反擊風(fēng)險(xiǎn)為IV級(jí)、繞擊風(fēng)險(xiǎn)為III級(jí)和IV級(jí)的桿塔，加裝避雷器；對(duì)于沿途反擊風(fēng)險(xiǎn)為III級(jí)與IV級(jí)、繞擊風(fēng)險(xiǎn)為III級(jí)的桿塔，同樣加裝避雷器。

2.2差異化制訂防雷改造方案

差異化防雷技術(shù)與傳統(tǒng)防雷技術(shù)的核心區(qū)別在于：前者制[ 8]"訂面向單條線路乃至單座桿塔的防雷方案，后者強(qiáng)調(diào)把整段輸電線路防雷標(biāo)準(zhǔn)用統(tǒng)一化設(shè)計(jì)。為充分發(fā)揮差異化防雷技術(shù)價(jià)值，必須遵循從實(shí)際出發(fā)原則，全面掌握輸電線路的雷電規(guī)律和防雷需求，制[ 9]"訂多套防雷改造方案，以單條線路、單段線路或單座桿塔作為改造對(duì)象^[2]。

本項(xiàng)目對(duì)110 kV鄉(xiāng)龍線單回路輸電線路進(jìn)行重點(diǎn)改造，以雷害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和篩選條件作為差異化防雷技術(shù)的應(yīng)用依據(jù)，以加裝氧化鋅避雷器、降低接地電阻作為具體防雷措施，各套方案中的防雷裝置種類、安裝數(shù)量與安裝位置有所不同。對(duì)于實(shí)測(cè)接地電阻不合格的桿塔，以降低接地電阻作為防雷措施，加裝接地裝置；對(duì)于反擊風(fēng)險(xiǎn)為III級(jí)和IV級(jí)的桿塔，以加裝氧化鋅避雷器作為防雷措施，線路三相各安裝一支避雷器；對(duì)于繞擊風(fēng)險(xiǎn)為III級(jí)與IV級(jí)的桿塔，以地處山頂、地面傾角超過30°作為篩選條件，均以加裝氧化鋅避雷器作為防雷措施，分別采取兩邊相各一支、下坡側(cè)相安裝一支的安裝方式。

2.3并舉多項(xiàng)防雷技術(shù)措施

輸電線路所處運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜。為強(qiáng)化總體防雷保護(hù)效果，間接強(qiáng)化輸電線路環(huán)境適應(yīng)能力，在差異化防雷技術(shù)落地應(yīng)用期間，應(yīng)盡量并舉采取多項(xiàng)防雷手段，常見措施包括優(yōu)化絕緣配置、降低接地電阻、加裝避雷器等。其中，優(yōu)化絕緣配置是增加線路絕緣子片數(shù)量，用于強(qiáng)化輸電線路承受雷電壓能力；降低接地電阻是使用單根或多根接地體對(duì)線路桿塔進(jìn)行接地處理，從而降低工頻接地電阻，根據(jù)土壤電阻率來(lái)控制接地電阻水平，例如：在土壤電阻率為100～[A10]"500 Ω·m時(shí)，要求線路桿塔在雷擊干燥時(shí)的工頻接地電阻值不超過15 Ω；加裝避雷器是在輸電線路沿途加裝多臺(tái)避雷器，根據(jù)安裝位置和款式，避雷器分為線路避雷器、塔頂避雷針和側(cè)向避雷針，分別起到引導(dǎo)雷電流分流、強(qiáng)化桿塔引雷能力和增強(qiáng)桿塔對(duì)周邊導(dǎo)線雷電屏蔽能力的作用^[3]。

3 輸電線路差異化防雷技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1繞擊防治

繞擊防治是一項(xiàng)規(guī)避繞擊雷電風(fēng)險(xiǎn)的防雷技術(shù)，以負(fù)角保護(hù)針、防繞擊避雷針、雷電接閃器與可控放電避雷針作為防護(hù)內(nèi)容，防雷原理和應(yīng)用方法有所不同。

3.1.1負(fù)角保護(hù)針

負(fù)角保護(hù)針是一種特殊的側(cè)向避雷針，以輸電線路桿塔導(dǎo)線橫擔(dān)上部作為安裝位置，通過引導(dǎo)周邊電場(chǎng)出現(xiàn)激變現(xiàn)象，把部分輸電線路繞擊雷電流轉(zhuǎn)變?yōu)榉磽衾?。由于輸電線路的反擊耐雷水平遠(yuǎn)超繞擊耐雷水平，因此，當(dāng)其承受一定規(guī)模反擊雷時(shí)，基本不會(huì)出現(xiàn)跳閘、燒毀情況。

當(dāng)前主要選用圓鋼來(lái)制作負(fù)角保護(hù)針，保護(hù)針長(zhǎng)度在2.5～[A11]"2.8 m不等，把針頭修整為尖錐狀，以單回耐張桿塔跳線串上側(cè)、同塔雙回輸電桿塔與單回直線桿塔的上方橫擔(dān)輸電線掛點(diǎn)上側(cè)作為安裝位置，必須確保負(fù)角保護(hù)針、水平面夾角保持在30°～[A12]"35 °區(qū)間。

3.1.2防繞擊避雷針

防雷原理和負(fù)角保護(hù)針較為相似，均通過引導(dǎo)繞擊雷轉(zhuǎn)變?yōu)榉磽衾讈?lái)獲得防雷效果，即在輸電線路保護(hù)地線上加裝水平短針，把部分原本應(yīng)繞擊導(dǎo)線的雷電流引至桿塔、地線部位。具體方式是在地線與地線橫擔(dān)上部安裝多根水平短針，主針長(zhǎng)度控制在0.5 m左右^[4]。正常情況下，要求在兩側(cè)地線距線路桿塔15 m與30 m位置各安裝1根水平短針，如果桿塔采取雙地線模式，則在兩側(cè)地線上總計(jì)安裝8根水平短針。

3.1.3雷電接閃器

雷電接閃器本身具備引雷功能，本體為感抗元件，負(fù)責(zé)發(fā)揮削波效果，可以削減30%以上的雷電流波峰。對(duì)于110 kV輸電線路，所配備雷電接閃器重量約為9 kg，以桿塔最頂部作為安裝位置，安裝1～[A13]"2支雷電接閃器。

3.1.4可控放電避雷針

可控放電避雷針作為防直擊雷保護(hù)裝置，由儲(chǔ)能部件與動(dòng)態(tài)環(huán)控制針頭電場(chǎng)組成。閃電擊打線路前，其利用向上先導(dǎo)作用來(lái)預(yù)防上行雷閃問題出現(xiàn)，預(yù)防雷電繞擊線路故障出現(xiàn)。

3.2改善接地電阻

改善接地電阻措施是以降低線路桿塔接地電阻值作為技術(shù)思路，用于預(yù)防線路反擊跳閘問題發(fā)生。目前，主要通過增設(shè)更多接地射線裝置或延長(zhǎng)現(xiàn)有接地射線的方式來(lái)改善桿塔接地電阻情況。選用圓鋼制作接地射線，單座線路桿塔接地射線數(shù)量從4根調(diào)整到8根，接地射線長(zhǎng)度從50 m延長(zhǎng)到80～[A14]"100 m。此外，也可以采取增加接地模塊、深埋接地、換土法等其他防雷措施，具體要根據(jù)輸電線路防雷情況、所處環(huán)境條件來(lái)決定。

3.2.1增加接地模塊

面向降阻改造困難的輸電線路，利用石墨材質(zhì)接地模塊來(lái)取代接地射線，桿塔四周埋設(shè)多組石墨接地模塊，按照桿塔實(shí)際情況來(lái)控制接地模塊數(shù)量。桿塔施工期間，重復(fù)多次測(cè)量接地電阻值，逐步埋設(shè)更多接地模塊，直到接地電阻值完全滿足技術(shù)要求。

3.2.2深埋接地

對(duì)于地處巖石地床的線路桿塔，采取深埋接地方式，提前在桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)角鐵樁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)控制角鐵樁的規(guī)格、數(shù)量，圓鋼和角鐵樁相互連接，最終接入桿塔接地網(wǎng)內(nèi)^[5]。

3.2.3換土法

對(duì)于天然土壤電阻率過高，或石頭山等特殊地段架設(shè)的線路桿塔，直接置換土壤，通過降低土壤電阻率來(lái)控制工頻接地電阻。桿塔周邊開挖溝槽，回填電阻值偏低的土壤，敷設(shè)永久接地體，繼續(xù)回填夯實(shí)土壤。

3.3增強(qiáng)線路絕緣性能

輸電線路本身絕緣能力是決定防雷效果的一項(xiàng)重要因素，線路絕緣能力越強(qiáng)，線路絕緣子串雷電閃絡(luò)電壓越高，進(jìn)而起到提升線路耐雷水平與降低跳閘概率的顯著作用。因此，要增強(qiáng)絕緣性能，綜合分析輸電線路投運(yùn)使用年限、配套裝置老化程度、建成年限等因素，制訂差異化防雷方案。例如：針對(duì)投運(yùn)年限較長(zhǎng)、常年維持較高跳閘率的輸電線路，沿線抽檢絕緣子串使用情況，更換老化嚴(yán)重、性能下滑明顯的絕緣子串；針對(duì)新建電網(wǎng)工程，輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于早期輸電線路，配備新型絕緣子串，酌情增加絕緣子串片數(shù)，例如：在選用瓷質(zhì)絕緣子串的情況下，要求直線桿塔絕緣子串片數(shù)保持在15片及以上，耐張桿塔絕緣子串片數(shù)則保持在16片及以上；針對(duì)當(dāng)前處于帶電運(yùn)行狀態(tài)、投運(yùn)年限較短的輸電線路，前往現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)檢查是否滿足弧垂要求和風(fēng)偏規(guī)定，耐張桿塔絕緣子數(shù)量保持不變，在直線桿塔上加裝1～[A15]"2片絕緣子。此外，在絕緣子串更換期間，如果選用新推出的合成絕緣子，那么，考慮到合成絕緣子干弧距離略短于同等串長(zhǎng)盤式絕緣子，必須調(diào)整絕緣子串尺寸，在常規(guī)尺寸上，增加10%～15%不等的尺寸。

4 結(jié)語(yǔ)

[ 16]"綜上所述，為保證輸電線路安全、平穩(wěn)運(yùn)行，最大限度強(qiáng)化防雷保護(hù)性能，應(yīng)把雷電流打擊對(duì)輸電線路運(yùn)行狀況造成的影響程度控制在不危及輸電安全水準(zhǔn)。電網(wǎng)公司與工作人員都應(yīng)樹立差異化防雷意識(shí)，以按需制[A17]"訂專項(xiàng)防雷保護(hù)方案、并舉多項(xiàng)防雷技術(shù)措施作為輸電線路防雷改造準(zhǔn)則，及早掌握各項(xiàng)防雷技術(shù)的應(yīng)用方法，推廣差異化防雷技術(shù)的實(shí)施范圍。

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