減少通化電網(wǎng)輸電線路雷擊跳閘故障的措施

蘇 新，郭 鑫

（國網(wǎng)吉林通化供電公司，吉林 通化 134001）

雷擊是引起輸電線路跳閘故障，影響輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。吉林省通化地區(qū)2/3以上的面積為山區(qū)，屬中溫帶濕潤氣候區(qū)，年平均雷暴日為36.7 天，雷電活動頻繁。在陰雨天氣下，雷云容易集中在山區(qū)內(nèi)部，加上線路多數(shù)順山脊延伸，線路極易遭受雷擊。從2004至2013年10年統(tǒng)計(jì)的220kV 線路跳閘故障來看，雷擊故障占輸電線路總故障率的89.2%?？梢?，雷擊故障影響輸電線路安全運(yùn)行日益顯著，積極探索輸電線路防雷措施對于保障電網(wǎng)安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1 雷擊跳閘統(tǒng)計(jì)

輸電線路的雷擊類型按照雷擊輸電線路的部位不同，可劃分為感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓。目前，66kV 及以上等級的高壓輸電線路普遍裝設(shè)了架空接地線，使輸電線路發(fā)生感應(yīng)雷過電壓而跳閘的概率明顯降低。直擊雷過電壓跳閘故障分為3種情況，即雷擊桿塔塔頂引起反擊而跳閘（稱為反擊），雷擊避雷線檔距中央和雷電繞過避雷線直擊于導(dǎo)線（稱為繞擊）［1］。通化電網(wǎng)的高壓輸電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在檔距中央由于雷擊避雷線引起跳閘事故是極為罕見的，跳閘事故普遍為反擊和繞擊造成的。通化地區(qū)220kV 線路2004至2013年雷擊跳閘故障統(tǒng)計(jì)見表1。

2004至2013年，通化電網(wǎng)220kV 輸電線路共發(fā)生12次雷擊跳閘，其中2012年，線路雷擊跳閘率達(dá)到0.615次/（100km·a），高于《國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)備防雷工作管理規(guī)定》的0.315 次/（100 km·a）的要求。

2 雷電反擊分析及改造

2.1 雷電反擊分析

當(dāng)雷擊桿塔塔頂或避雷線時(shí)，線路絕緣上電壓的幅值會隨著雷電流的增大而增大，當(dāng)線路絕緣上電壓大于絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓時(shí)，絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)致輸電線路反擊跳閘［2］。桿塔反擊時(shí)的耐雷水平可以用式（1）來計(jì)算。

表1 通化地區(qū)220 kV線路雷擊跳閘故障統(tǒng)計(jì)

式中：II為雷擊桿塔的耐雷水平；U50%為絕緣子串的沖擊閃絡(luò)電壓；k為導(dǎo)線地線間的耦合系數(shù)；β為分流系數(shù)；Rcj為接地電阻；Lgt為桿塔等效電路電感；hd為導(dǎo)線懸掛的平均高度。

從式（1）可知，雷擊桿塔時(shí)的耐雷水平與β、Lgt、Rcj、k和U50%有關(guān)。在輸電線路運(yùn)行過程中，往往以降低Rcj和k作為提高耐雷水平的主要手段。

2.2 技術(shù)改造

由于通化地處山區(qū)，土壤電阻率相對較高，普通的鋼材料型接地對降低桿塔接地電阻效果并不是很好，采用下設(shè)接地模塊、合金接地體改造以及對桿塔區(qū)域進(jìn)行土壤更換的方式來減小桿塔接地電阻。2012年，對220kV 長鄭線進(jìn)行合金接地體改造，有效降低了桿塔的接地電阻，圖1為利用Matlab分析得出的接地電阻改造前后輸電線路反擊耐雷水平的變化情況，可見線路的反擊耐雷水平明顯提高。

提高k可以減少絕緣子串上電壓和減少感應(yīng)過電壓，因此同樣可以提高耐雷水平。常用措施是將單避雷線改為雙避雷線，或在導(dǎo)線下方增設(shè)架空地線（稱為耦合地線），其作用是增強(qiáng)導(dǎo)線、地線間的耦合作用，同時(shí)也增加了地線的分流作用。通化公司所轄220kV云水線9號至49號區(qū)段位于原始山區(qū)，山高林大，先前多次發(fā)生雷擊，2012年安裝架空耦合地線后，雷擊情況明顯減少，防雷效果較為明顯。

圖1 接地電阻改造前后桿塔反擊耐雷水平的變化情況

3 雷電繞擊分析及防范措施

3.1 雷電繞擊分析

通化電網(wǎng)的雷擊跳閘事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，83%以上的跳閘事故均為雷電繞擊線路引起的。而其中故障桿塔高度超過30 m 的占83%，故障發(fā)生地點(diǎn)處于山谷或山頂?shù)恼?6%，可見在地線保護(hù)角確定的情況下，桿塔高度和地形是影響線路繞擊率的重要參數(shù)。DL/T 620—1997《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中用以下公式計(jì)算山區(qū)雷擊桿塔繞擊率Pa：

式中：h為桿塔高度；a為避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角。

根據(jù)此經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不同桿塔高度的繞擊率隨保護(hù)角而變化的曲線見圖2。從圖2 可以看出，在負(fù)保護(hù)角時(shí)，線路繞擊率接近零，而隨著保護(hù)角的變大，繞擊率顯著增大。圖中還顯示，桿塔高度越高，線路繞擊率也越高。

圖2 繞擊率與桿塔保護(hù)角、桿塔高度的關(guān)系

3.2 防范措施

為加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少線路通道內(nèi)的樹木砍伐，近年來新建輸電線路均采用“環(huán)保塔”，桿塔高度均在40m 以上，且都建設(shè)在山間，增加了發(fā)生繞擊跳閘的概率。為降低線路雷擊故障率，提高線路的安全供電水平，采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角及安裝線路避雷器減少桿塔繞擊率。

由圖2可知，輸電線路采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角時(shí)，桿塔繞擊率接近于零；此外，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，采用負(fù)保護(hù)角的500kV 通豐一二號線在防雷上取得較好的效果；因此，對于新建輸電線路，可要求設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角，以減低桿塔的繞擊率。

將線路避雷器應(yīng)用在輸電線路雷電活動強(qiáng)烈或土壤電阻率高、降低接地電阻困難的線路地段，不僅能明顯提高線路的反擊耐雷水平，還能在雷電流繞擊導(dǎo)線時(shí)，通過泄流而保護(hù)絕緣子免遭閃絡(luò)［3］。

由于輸電線路桿塔數(shù)量多且給每基桿塔都加裝避雷器的成本太高，故采取以下原則對線路進(jìn)行加裝避雷器：對于曾經(jīng)遭受過雷擊的桿塔，分析其故障類型，選擇合理的安裝方案；對重要的供電線路，如通化鋼鐵股份有限公司電源線路220kV 通桃甲乙線，優(yōu)先考慮安裝線路避雷器；對于地處山谷或山頂?shù)木€路，根據(jù)式（2）計(jì)算出繞擊率高的桿塔安裝線路避雷器。

對于水平排列的輸電線路發(fā)生繞擊時(shí)，兩邊相發(fā)生的繞擊率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中相。實(shí)際上，因?yàn)楸芾拙€及兩邊相輸電導(dǎo)線對中相輸電導(dǎo)線具有屏蔽作用，僅在兩邊相各安裝1支與安裝l組（共3支）線路避雷器對防雷電繞擊而言具有相同的防雷效果［4］。

4 結(jié)束語

理論分析和實(shí)踐證明，降低桿塔接地電阻和安裝架空耦合地線可以有效地防止雷電反擊跳閘故障，采用地線零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角的設(shè)計(jì)和安裝線路型避雷器等方法，可有效降低雷擊桿塔繞擊率。

［1］ 陳偉，倪晟.淺談如何降低輸電線路雷擊跳閘率［C］//硅谷科技創(chuàng)新論壇：出版者不詳，2001，（11）：151－152.

［2］ 周啟龍，劉恒赤.高電壓技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［3］ 何平.輸電線路防雷設(shè)計(jì)及措施的探討［J］.四川電力技術(shù)，2008，31（增刊）：25－29.

［4］ 肖國斌.應(yīng)用線路避雷器提高交流輸電線路耐雷水平［J］.電力建設(shè)，2003.24（9）：27－29.