電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評(píng)估

摘要：文章圍繞輸電線路防雷措施的具體特征和防雷措施應(yīng)用中存在的主要問題，通過研究一種以雷電自然規(guī)律為前提、線路自身特點(diǎn)為基礎(chǔ)、各種防雷措施為補(bǔ)充的綜合防雷研究方法，明確電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評(píng)估流程，提高輸電線路防雷技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：輸電線路；電力系統(tǒng)；差異化；防雷改造措施；評(píng)估效果 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM863 文章編號(hào)：1009-2374（2016）33-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.011

1 概述

長期以來，雷擊是造成運(yùn)行電力線路故障跳閘的主要原因。近年來，各級(jí)輸電線路大修和技術(shù)改造投資逐步加大，通過實(shí)施防雷改造來提高桿塔耐雷水平，降低線路雷擊故障率。雖然傳統(tǒng)的防雷措施均得到了廣泛的應(yīng)用和驗(yàn)證，但在資金投入有限的條件下，如何有針對性地選取防雷措施，仍然是一大難題。特別是由于輸電線路雷擊跳閘受大氣偶然因素影響，改造后效果難以判斷，對于防雷措施的選擇科學(xué)與否都難以得到驗(yàn)證。因此，需要通過研究一種評(píng)估方法，提高防雷方案選擇的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。

2 傳統(tǒng)防雷措施特征分析

2.1 減小保護(hù)角

能夠有效降低繞擊跳閘率，改變線路的保護(hù)角的施工難度大、工程量大、費(fèi)用高、線路停電時(shí)間長。

2.2 加強(qiáng)線路絕緣水平

可提高絕緣子U50%的放電電壓，提高線路耐雷水平；施工難度小、費(fèi)用低、線路停電時(shí)間3～5天；受桿塔電氣距離及導(dǎo)線對地、跨越物距離限制。

2.3 降低桿塔接地電阻

優(yōu)點(diǎn)是能夠有效降低反擊跳閘率；施工難度不大，不需停電；僅對接地電阻嚴(yán)重超標(biāo)的有效。

2.4 架設(shè)耦合地線

能夠增大線間耦合系數(shù)，提高相鄰桿塔分流作用，降低絕緣子承受的電壓，提高線路耐雷水平。缺點(diǎn)是增加線路運(yùn)行電能損耗、施工難度大、投資較高、停電時(shí)間長，需砍伐線下通道，運(yùn)行維護(hù)工作量增大。

2.5 架設(shè)旁路地線

通過提高對導(dǎo)線的屏蔽作用，有效降低繞擊跳閘率；需另外架設(shè)桿塔和導(dǎo)線，經(jīng)濟(jì)造價(jià)很高。

2.6 加裝保護(hù)間隙

通過保護(hù)間隙釋放雷電過電壓，保護(hù)絕緣子不受損壞，降低線路的雷擊事故率；但是會(huì)增大雷擊跳閘率，不宜大范圍推廣。

2.7 安裝可控放電避雷針

在桿塔頂部安裝可控放電避雷針，能夠增強(qiáng)桿塔附近導(dǎo)線的雷電屏蔽能力，能夠降低線路繞擊閃絡(luò)率；桿塔接地電阻符合要求時(shí)，不會(huì)增加桿塔的反擊閃絡(luò)率。對于接地電阻較高的桿塔需要同步進(jìn)行接地網(wǎng)改造。

2.8 安裝線路氧化鋅避雷器

可大幅提高桿塔的耐雷水平，降低線路的雷擊閃絡(luò)率，尤其對雷電活動(dòng)強(qiáng)烈或土壤電阻率高的區(qū)域效果明顯。缺點(diǎn)是避雷器成本較高，保護(hù)范圍小，僅對安裝桿塔有效，經(jīng)濟(jì)造價(jià)較高。

3 防雷措施應(yīng)用中存在的問題

目前，運(yùn)行輸電線路開展防雷改造是大修和技術(shù)改造的重點(diǎn)內(nèi)容，但由于投資限制，在防雷措施的選定上存在以下問題：

3.1 措施選擇的依據(jù)不明

傳統(tǒng)的輸電線路防雷措施主要依據(jù)的是多年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一方面沒有結(jié)合線路走廊的雷電分布特征等雷電客觀規(guī)律；另一方面對線路本體的結(jié)構(gòu)、絕緣、通道內(nèi)地形地貌等影響因素難以綜合考慮，無法準(zhǔn)確地評(píng)估出安裝防雷措施后的綜合治理效果。

3.2 措施針對性不強(qiáng)

僅對各種防雷措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行定性分析，缺乏定量分析判斷，防雷措施應(yīng)用后對繞擊率、反擊率的降低效果無理論支撐，而實(shí)際效果受跳閘次數(shù)偶然因素的制約在短期內(nèi)無法驗(yàn)證。

3.3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)性不高

防雷措施的防護(hù)能力、保護(hù)范圍和施工造價(jià)各不相同，部分措施還需配合采用，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)性指標(biāo)上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，難以比較。

傳統(tǒng)的防雷措施雖然能夠確切地反映線路遭受雷擊后的閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，但無法確定影響雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的各因素，改造措施的針對性不強(qiáng)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高，同時(shí)盡管有些防雷裝置的性能十分優(yōu)良，但受其保護(hù)范圍及造價(jià)限制，很難全線進(jìn)行實(shí)施改造，故迫切需要一種以雷電自然規(guī)律為前提、線路自身特點(diǎn)為基礎(chǔ)、各種防雷措施為補(bǔ)充的綜合防雷研究方法，“有的放矢”地開展防雷改造。

4 差異化防雷措施的效果評(píng)估方法

4.1 評(píng)估方式

根據(jù)不同的防雷措施選擇方案，計(jì)算改造前后輸電線路雷擊跳閘率變化值，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，選擇經(jīng)濟(jì)性最佳的綜合防雷措施。

4.2 計(jì)算依據(jù)

依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T 620-1997）對桿塔耐雷水平和線路雷擊跳閘率進(jìn)行計(jì)算。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)：收集對應(yīng)線路的地形地貌、線路結(jié)構(gòu)、線路的防雷特性和近年來雷擊跳閘情況，逐基計(jì)算桿塔耐雷水平和雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。

雷電數(shù)據(jù)：根據(jù)雷電流幅值雷擊概率分布符合指數(shù)分布的規(guī)律，以雷電定位系統(tǒng)近5～10年的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取沿線地閃次數(shù)、地閃密度等基礎(chǔ)參數(shù)，通過大容量數(shù)據(jù)擬合得到雷電流幅值分布指數(shù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可采用“線路走廊網(wǎng)格法”，即將線路走廊沿徑向等距劃分成一系列統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格（區(qū)段），獲取線路走廊沿線雷電分布特征和線路運(yùn)行時(shí)的實(shí)際雷電參數(shù)。

防雷措施投資數(shù)據(jù)：以近三年湖北地區(qū)防雷措施實(shí)施的實(shí)際工程造價(jià)為依據(jù)。

4.3 具體流程

4.3.1 建立模型：綜合線路走廊的桿塔信息和雷電活動(dòng)特征參量，建立對應(yīng)的研究模型，擬合出線路走廊內(nèi)雷電流幅值分布指數(shù)。

4.3.2 雷擊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估：結(jié)合研究模型，逐基桿塔進(jìn)行耐雷水平計(jì)算。對線路走廊各基桿塔的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分，評(píng)價(jià)線路的整體防雷水平。

計(jì)算每基桿塔（有避雷線線路）的繞擊跳閘率Nr、反擊跳閘率Nf、及跳閘率N。其中跳閘率為：

N=NLη（gP1+PαP2）

式中：

N——跳閘率，次/（100km·a）

NL——平均年雷暴日40天的地區(qū)，線路每年的雷擊次數(shù)，次/（100km·a）

g——擊桿率

η——建弧率

P1——超過雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平的雷電流概率

P2——超過雷繞擊導(dǎo)線時(shí)耐雷水平的雷電流概率

Pα——繞擊率（包括平原和山區(qū)）

根據(jù)確定桿塔的繞擊跳閘率Nr、反擊跳閘率Nf、跳閘率N分別確定每基桿塔的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以國家電網(wǎng)公司《110（66）kV～500kV架空輸電線路管理規(guī)范》為依據(jù)，結(jié)合線路實(shí)際運(yùn)行特征來確定。按表1參數(shù)對風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)進(jìn)行劃分。

4.3.3 防雷措施選擇：綜合研究風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果、線路的實(shí)際運(yùn)行情況、現(xiàn)有防雷措施各自的特點(diǎn)等，對各種防雷措施的適用性進(jìn)行定性分析。按照雷擊跳閘風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由高到低的順序，明確防雷改造桿塔的范圍，并根據(jù)雷擊風(fēng)險(xiǎn)確定改造次序。結(jié)合項(xiàng)目投資情況，制定出多套防雷改造方案供選擇。

改造桿塔范圍應(yīng)包括：（1）遭受過雷擊的桿塔；（2）雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為D的桿塔；（3）大檔距轉(zhuǎn)角塔；（4）極大檔距桿塔。

4.3.4 改造經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評(píng)估：對每套防雷改造方案的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性做出評(píng)價(jià)。根據(jù)選擇的防雷改造方案，計(jì)算改造后線路雷擊跳閘率降低值ΔN總=ΣN-ΣN′，其中N、N′分別表示線路改造前后的雷擊跳閘率。

4.3.5 方案選?。阂詥挝煌顿Y條件下，雷擊跳閘率的下降幅度更大者為優(yōu)先選用方案，以達(dá)到雷電防護(hù)效益的最大化。

5 結(jié)語

通過對不同防雷方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，能夠改變過去單純依靠經(jīng)驗(yàn)選擇防雷措施的方法，防雷改造項(xiàng)目的制定更具針對性、合規(guī)性，改造后線路耐雷水平的提升效果將更顯著。但由于部分防雷措施的實(shí)施單位工程造價(jià)差異較大，如單基桿塔安裝避雷器是接地網(wǎng)改造的10倍左右，對于不同的工程投資，仍需根據(jù)線路長度、改造緊迫程度等多方面因素綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：付威（1986-），男，湖北安陸人，國網(wǎng)襄陽供電公司工程師，研究方向：電力工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）