220 kV鳳丹2號線雷擊跳閘分析

姜常勝，劉明慧，鄭維剛，朱義東

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)丹東供電公司，遼寧 丹東 118000)

雷害是線路跳閘的主要因素之一，歷年遼寧省內(nèi)220 kV線路跳閘故障中繞擊雷普遍多于反擊雷[1]。220 kV鳳丹2號線在某一年內(nèi)發(fā)生10起跳閘，跳閘率達到21.7次/(100 km·a),在省內(nèi)輸電線路雷擊跳閘事故中較少見。220 kV鳳丹2號線長45.913 km，共111基鐵塔，其中98—111號與鳳丹1號線并架。單回線部分主要為貓形塔，雙回部分主要為鼓形塔。其直線塔絕緣配置為合成絕緣子上加裝一片大傘裙玻璃絕緣子。懸垂絕緣子串長為2 150 mm。

1 鳳丹2號線跳閘情況

從發(fā)生10次跳閘的9基塔(50號塔重復(fù)落雷)地形情況、雷電流幅值、耐雷水平以及閃絡(luò)痕跡觀察來看，應(yīng)為3次繞擊跳閘，7次反擊跳閘。這與“山區(qū)線路發(fā)生繞擊跳閘的概率高于反擊跳閘率”的說法不相符。

當(dāng)一基桿塔遭受雷擊發(fā)生1相跳閘、雷電流幅值小于線路反擊耐雷水平，而大于線路繞擊耐雷水平時，通常認(rèn)為發(fā)生了繞擊跳閘[2]，即50號塔C相跳閘和95號塔跳閘是繞擊的可能性非常大。而41號塔從閃絡(luò)痕跡來看，存在由高壓側(cè)向低壓側(cè)發(fā)展的痕跡，其線路沿山坡方向行走，并且雷電主放電點距桿塔3.94 km，綜合分析很可能為繞擊雷害。這三起雷電流幅值較大，為-92.7 kA以上，一般發(fā)生繞擊的可能性較小。

通常當(dāng)一基桿塔遭受雷擊后發(fā)生兩相及兩相以上同時跳閘可認(rèn)為是反擊雷害，同時伴隨著雷電流幅值大于線路反擊耐雷水平時，幾乎能夠確認(rèn)為反擊跳閘，以此判斷53號、56號、79號和102號塔(其雙回同時跳閘)共4起反擊跳閘。

其余3起跳閘其雷電流幅值大于線路反擊耐雷水平，其所處山地地形存在反擊的可能性，閃絡(luò)痕跡也疑似反擊等綜合確定為反擊雷害。

經(jīng)過分析，并非繞擊跳閘次數(shù)大于反擊跳閘次數(shù)，主要是反擊耐雷水平計算存在一定難度，并且影響計算結(jié)果的因素較多，運維單位大多未進行詳細(xì)核算，其次實際工作中往往依靠經(jīng)驗進行分類，再有由于設(shè)計或運維原因?qū)е戮€路的耐雷水平不高。主要情況詳見表1。

2 雷擊跳閘因素分析

2.1 跳閘故障與地形分析

220 kV鳳丹2號線這10個故障桿塔中，只有50號塔為跨山坡行走，從耐雷水平、雷電流幅值、閃絡(luò)痕跡及所處地形來看，應(yīng)該是1次繞擊1次反擊；爬山坡行走的1基為41號塔，從耐雷水平、雷電流幅值(-100 kA，距離為3 940 m)、閃絡(luò)痕跡及所處地形來看，應(yīng)該是1次繞擊；跨山脊的2基，分別為53號塔和102號塔，2次均為反擊；處于突兀山頂?shù)?基，分別為40號、56號、67號、79號和95號塔，均為反擊。通過分析得出如下結(jié)論。

a.處于突兀山頂?shù)蔫F塔既易發(fā)生反擊又易發(fā)生繞擊，相對來說，發(fā)生反擊概率略大些。其原因有兩個，一是處于山頂上桿塔的土壤電阻率相對較高，接地電阻值也相對較高，本次發(fā)生雷擊跳閘的桿塔接地電阻值均在15 Ω以上；二是桿塔處于山頂時，導(dǎo)線往往跨越山谷，導(dǎo)線對地距離較大。以上兩個原因?qū)е路磽裟屠姿较鄬^低。在分析56號塔反擊時，按通常條件計算該塔不應(yīng)發(fā)生反擊，后經(jīng)核實斷面，發(fā)現(xiàn)其跨越山谷，當(dāng)實際導(dǎo)線對地距離進行計算時，其耐雷水平就小于雷電流幅

值，可能發(fā)生反擊。同時，由于其兩側(cè)暴露，地面傾斜角相對較大，也易遭繞擊。但從統(tǒng)計情況來看，反擊次數(shù)更多。

b.跨越山脊的線路發(fā)生反擊的概率大，繞擊發(fā)生的可能性相對較小,主要是由于桿塔兩側(cè)地面傾斜角較小所致。

c.處于山坡上的線路發(fā)生繞擊的概率大，反擊次之。主要是由于桿塔下山坡側(cè)地面傾斜角較大，相對比較暴露。

2.2 地閃次數(shù)與跳閘之間關(guān)系

跳閘24 h內(nèi)，距桿塔2 km范圍內(nèi)對跳閘次數(shù)進行統(tǒng)計，并與跳閘情況進行對照，得出結(jié)論：對于某一特定時間段內(nèi)，地閃次數(shù)與跳閘次數(shù)之間無明確對應(yīng)關(guān)系。如果選取樣本足夠多時，地閃次數(shù)與跳閘次數(shù)存在正相關(guān)性。

6月3日102號塔反擊時的地閃情況如圖1所示。共發(fā)生了214次地閃，地閃次數(shù)最多的是80號塔附近51次(大于75 kA的雷電流只有1次)；其次是90號塔附近47次(大于75 kA的雷電流有7次)；100號塔附近28次(大于75 kA的雷電流只有4次)，發(fā)生1次跳閘。

圖1 6月3日14時—16時地閃地區(qū)分布情況

表1 鳳丹2號線雷擊跳閘情況統(tǒng)計

8月12日40號塔反擊時的地閃情況如圖2所示。共發(fā)生了157次地閃，其中，地閃次數(shù)最多的是10號塔附近83次(大于12 kA的雷電流有68次)；其次是40號塔附近34次(大于12 kA的雷電流有29次)，發(fā)生1次跳閘。

圖2 8月12日40號塔反擊時的地閃情況

全部發(fā)生10次跳閘時間段地閃情況進行統(tǒng)計如圖3所示。排名前5名的40號—80號塔均發(fā)生雷擊跳閘。

圖3 10次跳閘合計地閃次數(shù)分布圖

從統(tǒng)計結(jié)果來看，通過研究雷電的活動規(guī)律來研究線路跳閘，防護措施效率可能不高，不如提高線路本體耐雷水平。

2.3 雷電流幅值分布與跳閘之間關(guān)系

從雷電流幅值分布情況來看，無明確對應(yīng)關(guān)系，如圖4所示，小于12 kA的占總數(shù)20%，12～75 kA的占總數(shù)75%，大于75 kA的占總數(shù)5%。從概率角度來看，發(fā)生繞擊跳閘的概率相對高一些。

圖4 雷電流幅值分布圖

2.4 雷擊跳閘因素分析

通過分析該線路地閃分布情況和跳閘分布情況，在統(tǒng)計雷電故障分布和防雷工作布置方面有以下幾點：

a.能夠構(gòu)成反擊跳閘的地閃所占比例較低，按桿塔分布在2%～21%，總體比例為6%；理論上造成繞擊的概率較高，但從實際情況來看，反擊跳閘比繞擊跳閘高，說明運維單位應(yīng)該提高線路反擊耐雷水平，以降低跳閘率。

b.線路雷擊跳閘與地閃分布具有一定相關(guān)性，一般地閃次數(shù)增加時，線路跳閘的幾率增高，但無線性對應(yīng)關(guān)系。

c.可以通過對地閃、跳閘、線路本體、所處環(huán)境方面綜合考慮確定相對合理的雷電易擊區(qū)，以提高防雷工作的針對性。

3 存在的主要問題

3.1 管理方面

各單位在雷害風(fēng)險評估方面還需加強。目前，國內(nèi)外在計算耐雷水平和跳閘率方面的主要方法有規(guī)程法(通常采用的方法)、暫態(tài)計算法、幾何模型法(又稱擊距法)和先導(dǎo)發(fā)生法。各種方法的計算結(jié)果和實際發(fā)生跳閘的情況均存在差異。

在綜合評估線路預(yù)期方面還需加強。例如，設(shè)計中為了降低造價，采用高塔跨樹設(shè)計，降低了耐雷水平。還有標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中要求220 kV線路耐雷水平不宜低于75～110 kA，但對于雙線路，應(yīng)不宜取下限配置。

3.2 設(shè)計方面

首先還存在缺乏防雷設(shè)計的問題，設(shè)計中未能給出耐雷水平、跳閘率計算。其次，差異化設(shè)計還需加強。例如，鳳丹雙回線多處于山區(qū)，污穢等級不高，可能發(fā)生的主要跳閘形式應(yīng)為雷擊和冰閃，而合成絕緣子的強項為防污閃，弱項為防雷擊和冰閃，如此配置并不適合。

3.3 運維方面

標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)執(zhí)行得不夠嚴(yán)格，存在布線長度不足、測試方法不規(guī)范、未考慮季節(jié)系數(shù)以及未能將接地電阻與土壤電阻率進行認(rèn)真比對等問題，提高專業(yè)人員業(yè)務(wù)水平的同時，落實規(guī)范化作業(yè)到位。

4 防護措施

4.1 管理方面

省內(nèi)應(yīng)開展雷害風(fēng)險評估工作。對新建和改造項目進行耐雷水平及雷擊跳閘率計算，提高線路抵御雷害的能力及防雷工作的針對性。還有應(yīng)加強全過程技術(shù)監(jiān)督工作。使從規(guī)劃設(shè)計到運檢管理的全過程符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和制度的要求。避免因管理問題帶來線路抵御自然災(zāi)害能力降低。加強職工業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高接地電阻測試工作質(zhì)量。

4.2 技術(shù)方面

認(rèn)真開展差異化防雷設(shè)計，提高線路耐雷水平，降低線路跳閘率?？赡軕?yīng)對該線路進行絕緣調(diào)整，提高50%。如搖擺角允許，可考慮增加絕緣子數(shù)量。同時進行接地電阻改善，降低接地電阻，架設(shè)耦合地線，提高耦合系數(shù)，有針對性地安裝線路避雷器等方法避免雷害故障。

通過對本線路耐雷水平、雷電流幅值、地閃密度、地形等影響因素進行了綜合分析，可以看出針對220 kV線路提高線路反擊雷耐雷水平能夠有效降低線路跳閘率，結(jié)合提高差異化防雷工作準(zhǔn)確性，豐富現(xiàn)有防雷措施，以達到減少類似雷擊故障發(fā)生的目的。