皖北地區(qū)500 kV輸電線路雷擊故障分析與防治

方登洲，甘正功，王 兵

蚌埠供電公司輸電運(yùn)檢工區(qū)，安徽蚌埠，233000

安徽省“皖電東送”東通道8條500 kV線路主要位于皖北地區(qū)，是安徽省政府實(shí)施“皖電東送”能源戰(zhàn)略的重要組成部分，時刻向華東地區(qū)輸送近100萬kW電力負(fù)荷。輸電線路故障跳閘直接影響電能的輸送，也嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此，對500 kV輸電線路跳閘故障進(jìn)行總結(jié)和分析，并提出有針對性的防治措施是很有必要的。

1 雷擊跳閘統(tǒng)計分析

1.1 雷擊跳閘情況統(tǒng)計

皖北地區(qū)500 kV線路自投運(yùn)以來，先后共發(fā)生各類故障跳閘8次，具體情況見表1。

表1 皖北地區(qū)500 kV輸電線路故障跳閘情況統(tǒng)計

從跳閘次數(shù)分析：雷擊跳閘6次，占跳閘總數(shù)比例高達(dá)75%，是線路故障的最主要原因。皖北地區(qū)500 kV輸電線路雷擊故障統(tǒng)計見表2。

表2 皖北地區(qū)500 kV輸電線路雷擊故障統(tǒng)計

1.2 雷擊跳閘特點(diǎn)分析

綜合分析上述雷擊跳閘情況，皖北地區(qū)500 kV輸電線路雷擊具有以下幾個特點(diǎn)。

(1)雷擊跳閘時間相對集中。線路雷擊跳閘均發(fā)生在7～9月，以7、8兩月居多，占雷擊跳閘總數(shù)的83%，這與該時期雷電活動比較強(qiáng)烈有關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計，跳閘均發(fā)生在傍晚至夜間時段(17～23時)，可以看出這一時間段是雷電的多發(fā)時間，這和皖北地區(qū)降雨的時間規(guī)律有關(guān)。

(2)該區(qū)域內(nèi)雷擊跳閘主要集中在直線桿塔，占83%，耐張桿塔雷擊跳閘僅發(fā)生1次，占17%，直線桿塔遭受雷擊在上相，說明落雷點(diǎn)位置一般偏高，而耐張轉(zhuǎn)角塔中相跳線保護(hù)角相對較大，也是雷擊多發(fā)位置。

(3)500 kV濉會5340/禹溪5341線路途徑全部為平原，故雷擊跳閘均發(fā)生在平原地區(qū)；500 kV禹清5342/會清5343線路途徑19%山地，在山地發(fā)生雷擊跳閘卻占67%，充分說明山區(qū)桿塔遭雷擊比例較高。

雷電繞過避雷線直擊導(dǎo)線的概率與避雷線對導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度等條件有關(guān)[1]，利用公式(a)、(b)計算平原和山區(qū)線路的繞擊率：

輸電線路為平原線路：

(a)

輸電線路為山區(qū)線路：

(b)

式(a)及式(b)中,α為保護(hù)角，ht為桿塔高度。

山區(qū)線路的繞擊率約為平地線路的3倍，或相當(dāng)于保護(hù)角增大8°的情況。

(4)重合成功率高。線路雷擊單相跳閘后，一般均能重合成功。6次雷擊跳閘中只有1次由于雷電連續(xù)擊中線路造成重合復(fù)跳。

2 雷擊跳閘原因分析

2.1 接地電阻分析

桿塔接地電阻值超標(biāo)，會造成輸電線路反擊耐雷水平降低，在雷擊避雷線或塔頂時，如果雷電沖擊電流較大，在其流過較高阻值的接地體時，就會造成塔頂電位升高，反擊使輸電線路跳閘[2]。

從表2可以看出，發(fā)生雷擊跳閘的桿塔實(shí)測接地電阻都小于標(biāo)準(zhǔn)阻值，輸電線路的反擊耐雷水平并沒有降低，所以這6次500 kV雷擊跳閘都不是接地電阻超標(biāo)所致。

2.2 雷電流大小分析

接地電阻合格，但由于雷電流過大，超過了線路設(shè)計的反擊耐雷水平，此時,若雷擊避雷線或塔頂，則發(fā)生反擊造成線路跳閘。

通過雷電定位系統(tǒng)查得幾次雷擊故障時的雷電流均在100 kA以下，按照中華人民共和國電力工業(yè)部DL/T620-1997標(biāo)準(zhǔn)交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合可知，500 kV輸電線路在一般土壤電阻率地區(qū)，耐雷水平在125～175 kA，所以皖北地區(qū)的這6次500 kV雷擊跳閘都不屬于這種情況。

如果雷電流很大，可利用公式(c)進(jìn)行概率估算：

lgP=-Im/88

(c)

式中，Im為雷電流幅值，P為當(dāng)?shù)爻^雷電流幅值Im的概率。

經(jīng)計算，發(fā)生125～175 kA這么大強(qiáng)度雷擊的概率僅為1%～3.8%。

2.3 雷電繞擊分析

雷電繞擊率與桿塔高度、避雷線保護(hù)角及桿塔地面坡度呈遞增函數(shù)關(guān)系。同塔雙回線路由于鐵塔較高，地面屏蔽效果減弱，繞擊率比常規(guī)線路高。

塔高增加時，地面的屏蔽效應(yīng)減弱，繞擊區(qū)域變大，同時電感增大，雷電流流過桿塔時產(chǎn)生的電壓幅值增高；避雷線保護(hù)角與繞擊區(qū)成正比，保護(hù)角越大，形成的繞擊區(qū)越大，從而使繞擊次數(shù)增加；隨著地面坡度的增大，導(dǎo)線的暴露弧段也將增大，繞擊率增加。按照公式(d)計算線路繞擊的耐雷水平：

I2=U50%/100

(d)

式中，U50%為絕緣子的50%放電電壓。

500 kV輸電線路的繞擊耐雷水平一般為20～30 kA，只要電流幅值一般的雷繞擊到導(dǎo)線上就會造成線路跳閘，所以防止雷電繞擊是線路防雷工作的重點(diǎn)。

3 雷擊跳閘的防范措施

3.1 降低桿塔接地電阻值

通過上述分析，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平、減少雷擊跳閘的有效措施之一[3]。

3.1.1 接地電阻超標(biāo)的主要原因

(1)接地體腐蝕。在山區(qū)酸性土壤或風(fēng)化后的土壤中容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕和吸氧腐蝕，由于接地體埋深不夠或用砂石回填，土壤中含氧量高，也容易發(fā)生吸氧腐蝕。腐蝕部位通常在接地引下線與水平接地體連接處，有時甚至發(fā)生斷裂。

(2)接地體外露。在山地或山坡區(qū)域，因雨水沖刷導(dǎo)致水土流失而使接地體外露，失去與大地的良好接觸。

(3)降阻劑因素。在施工時，使用的化學(xué)降阻劑或性能不穩(wěn)定的降阻劑，隨著時間的推移，降阻成分逐漸流失或失效。而且，化學(xué)降阻劑的使用在一定程度上也會加速接地體腐蝕。

(4)外力破壞。桿塔接地引下線或接地體被盜或遭農(nóng)耕等外力破壞。

3.1.2 降低接地電阻的有效措施

(1)開展接地電阻測量，對線路中檢測出的接地電阻不合格的桿塔接地電阻進(jìn)行重新測試，并測試相關(guān)土壤的電阻率。

(2)對測量出的接地電阻不合格的桿塔接地射線進(jìn)行開挖檢查，必要時重新敷設(shè)或延長接地射線并進(jìn)行焊接，如圖1所示。

(3)對檢查中發(fā)現(xiàn)已斷開或無接地引下線的桿

圖1 接地電阻不合格桿塔接地射線重新敷設(shè)

塔接地裝置進(jìn)行焊接，如圖2所示。

圖2 對斷開的接地引下線進(jìn)行焊接

3.2 加裝避雷針

加裝避雷針是一種利用其較強(qiáng)的引雷能力，減小導(dǎo)線遭受雷擊的概率，降低線路繞擊跳閘率的防雷技術(shù)。研究表明，在架空地線上合理裝設(shè)防繞擊避雷針，可有效地增強(qiáng)其屏蔽性能和引雷作用，增加避雷線的保護(hù)范圍而達(dá)到降低繞擊率。

3.3 安裝避雷器

在線路上安裝線路避雷器裝置，將其與線路絕緣子串并聯(lián)，提高安裝處線路的繞擊和反擊耐雷水平，并有效地保護(hù)絕緣子不閃絡(luò)，從而降低雷擊跳閘率。

圖3 皖北地區(qū)500 kV線路安裝的避雷器

線路避雷器作為防雷新技術(shù)已經(jīng)在皖北地區(qū)500 kV線路開始應(yīng)用，如圖3所示，安裝區(qū)段也取得了比較好的防雷效果。但線路避雷器保護(hù)范圍小，通常只能保護(hù)該桿塔兩側(cè)一個檔距。若在線路上安裝數(shù)量較多的避雷器，總價相對較高，經(jīng)濟(jì)性差。因此，要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，經(jīng)濟(jì)、合理、有效地安裝線路避雷器。

3.4 調(diào)整地線放電間隙

皖北地區(qū)500 kV線路部分桿塔架空地線采用了防雷保護(hù)間隙，但隨著運(yùn)行時間推移，陸續(xù)出現(xiàn)放電間隙圓鋼位移、放電間隙增大甚至圓鋼脫落等現(xiàn)象，如圖4所示。在架空地線遭受雷擊時，勢必影響雷電流通過桿塔導(dǎo)入大地。因此，對地線放電間隙圓鋼位移等情況進(jìn)行定期檢查、調(diào)整是十分必要的。

圖4 500 kV線路架空地線放電間隙圓鋼位移

3.5 其他防雷措施

線路防雷還可以通過減小避雷線保護(hù)角、架設(shè)耦合地線、增加絕緣水平等方式進(jìn)行。加強(qiáng)對劣質(zhì)絕緣子的檢測尤其是瓷質(zhì)絕緣子，及時更換零、低值絕緣子和玻璃自爆絕緣子；同時，充分提高雷電流定位系統(tǒng)的運(yùn)行水平，結(jié)合水系、地質(zhì)地形地貌以及運(yùn)行經(jīng)驗等，繪制或修訂輸電線路雷害分布圖，開展差異化防雷工作。

4 結(jié) 語

輸電線路防雷，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域雷電活動的特點(diǎn)，綜合分析雷擊故障的原因，然后采取相應(yīng)的措施。由于雷電活動的特殊性，要從根本上杜絕線路雷擊跳閘的發(fā)生，是非常困難的，但雷電活動也有一定的規(guī)律性，只要掌握這些規(guī)律，采取有效的治理措施，一定可以減少雷擊閃絡(luò)故障的發(fā)生，從而降低線路的雷擊跳閘率，有效保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳新，劉慧威.山西省超高壓輸電線路防雷分析與治理[J].山西電力，2012(3)：4-6

[2]王劍.超高壓電網(wǎng)輸電線路防雷特性分析[J].華北電力技術(shù)，2008(10)：11-13

[3]孟凡成.架空輸電線路防雷措施分析[J].上海電力，2011(6)：518-520