220kV輸電線路雷擊雙回同跳故障原因分析及解決措施

謝家力

摘 要：220kV輸電線路的運(yùn)用是為了保障生活中的用電的可靠性和穩(wěn)定性。然而，220kV輸電線路遭遇雷擊會出現(xiàn)跳閘的情況，出現(xiàn)不能及時對電力進(jìn)行輸送與供應(yīng)的情況。本文主要對同塔雙回線路同時跳閘的原因進(jìn)行了分析，同時，還針對跳閘原因提出了一些具體的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：220kV輸電線路；雙回同跳；故障原因；解決措施

1 緒論

我國地域遼闊，是雷擊事件的多發(fā)國家，東部沿海地區(qū)、廣東、廣西等地每年都因雷擊而遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。輸電線路為人們的生產(chǎn)生活提供動力，雷擊是導(dǎo)致輸電線路跳閘的主要原因。同塔雙回線路在節(jié)省造價的同時，還可以減小線路走廊、增大單位走廊寬度的輸電容量。隨著用電需求的不斷增大，同塔雙回的架設(shè)在110～500kV架空線路中的運(yùn)用也逐漸增多。然而，同塔雙回的架設(shè)對桿塔的高度有一定要求，但隨著桿塔高度的增加，遭受雷擊的概率也愈大，可能會引起同塔雙回線路同時跳閘，從而對電力系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。本文分析220kV輸電線路雷擊雙回同跳的具體原因，并制定解決方案減少雷擊雙回同跳故障發(fā)生的概率，對避免因為雷擊帶來的經(jīng)濟(jì)損失具有重大意義。

2 雷擊雙回同跳原因分析

同塔雙回線路雷擊同跳主要受地形地貌、桿塔接地電阻、反擊以及桿塔高度的影響。本文對影響同塔雙回線路跳閘的原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 地形地貌的影響

地形地貌是影響同塔雙回線路跳閘的一個重要因素。據(jù)肇慶地區(qū)同塔雙回線路跳閘的相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，山區(qū)丘陵地帶發(fā)生同塔雙回線路跳閘的次數(shù)要高于平原地帶，且發(fā)生跳閘的多為直線高塔，主要是因為山區(qū)丘陵地帶的地形起伏較大，加之山區(qū)氣流的活動比較特殊，從而導(dǎo)致落地雷密度高于平原地區(qū)。山坡常規(guī)的防雷措施失去了有效的防護(hù)作用，導(dǎo)致防雷設(shè)計過分外露，保護(hù)角增大的同時山區(qū)線路的跨越十分大，導(dǎo)致導(dǎo)線兩側(cè)的暴露面也相對增大，導(dǎo)線等值懸掛高度也隨之增大。因此，山區(qū)丘陵地帶很容易發(fā)生繞擊。

2.2 桿塔接地電阻的影響

接地電阻是由接地裝置流入大地，再經(jīng)大地流向另一接地體或者向遠(yuǎn)處擴(kuò)展所遇到的電阻。接地電阻數(shù)值的大小直接影響著線路的耐雷水平，一般情況下，接地電阻數(shù)值的大小是根據(jù)不同設(shè)備而定，只有接地電阻的數(shù)值保持在一定范圍內(nèi)，才不會對線路跳閘產(chǎn)生影響。而線路的耐雷水平受接地電阻的影響，兩者成反比關(guān)系，隨著桿塔接地電阻數(shù)值的增大而降低。受地勢影響，山區(qū)丘陵地帶與平原地帶對接地電阻的要求也是不盡相同，山區(qū)接地電阻通常需要在15Ω以下，平原地區(qū)接地電阻應(yīng)當(dāng)在10Ω以下。

2.3 反擊的影響

輸電線路桿塔在遭受雷擊時，會將強(qiáng)大的雷電流引入大地。引入時，引下線、接地體以及相連接的桿塔都會產(chǎn)生非常強(qiáng)大的電壓，對導(dǎo)線產(chǎn)生巨大的電位差，而電位差則會引起閃絡(luò)，這個現(xiàn)象我們稱之為反擊。遇到雷擊時，由于反擊發(fā)生的雷電流的輻值或者陡度較大，從而就會產(chǎn)生同塔雙回線路同時跳閘的現(xiàn)象。

2.4 桿塔高度的影響

同塔雙回線路雷擊跳閘的原因之一是增加了桿塔的高度。通常情況下，越是站在高處就越容易被雷擊中，桿塔也是一樣，桿塔越高雷擊率就越高，說明桿塔的高度也會影響雙回線路跳閘。因此，架設(shè)同塔雙回線路桿塔時，對桿塔的高度應(yīng)該有一定的要求，在不影響桿塔架設(shè)的情況下，適當(dāng)降低桿塔的高度。

3 防止雷擊跳閘的措施

3.1 降低桿塔接地電阻

對于同塔雙回線路具有較好的防雷效果的防雷措施是降低桿塔接地電阻，這也是一種比較傳統(tǒng)的防雷措施。本文以肇慶電網(wǎng)220kV線路中使用較多的Z1型鐵塔為例，計算在不同的接地電阻情況下各自的耐雷水平，結(jié)果如下表所示。計算結(jié)果表明：當(dāng)接地電阻的數(shù)值<10Ω，降低桿塔的接地電阻對線路的耐雷水平影響不會很大；而當(dāng)接地電阻的數(shù)值>10Ω時，線路的耐雷水平隨著接地電阻數(shù)值的增大而降低，而超過耐雷水平的雷電流概率卻不斷增加，從而說明隨著接地電阻數(shù)值的增大，線路耐雷水平不斷降低，線路絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)的概率就越大。在實際情況中，由于老舊線路會因為土壤硬化、接地裝置銹蝕等各個方面的問題，從而使接地電阻數(shù)值變大，針對此種情況，可以在老舊線路桿塔附近通過埋設(shè)放射線、埋填降阻劑來降低電阻值。

3.2 減小線路保護(hù)角

繞擊率與線路保護(hù)角、桿塔高度之間關(guān)系如下圖所示，繞擊率隨著線路保護(hù)角的變化較之隨桿塔高度的變化快。由于地勢原因，山區(qū)丘陵地帶的繞擊率要大于平原地帶，所以針對這種情況，需要通過縮小線路保護(hù)角來減小山區(qū)線路的繞擊率，從而達(dá)到降低繞擊跳閘的概率。從下圖中曲線趨勢可知，當(dāng)線路保護(hù)角低于10時，繞擊跳閘的概率幾乎為零；當(dāng)保護(hù)角的數(shù)值高于10度時，繞擊率隨著保護(hù)角數(shù)值的增大而不斷增大，因此說明，線路保護(hù)需要確保線路的保護(hù)角在10度以下。由于早期線路設(shè)計對防雷設(shè)計考慮不周到，針對一些還在運(yùn)行的老舊線路，由于諸多原因不能對其進(jìn)行系統(tǒng)的改造，只能采用側(cè)向短針的方法來減少繞擊跳閘概率的發(fā)生。

3.3 降低桿塔高度

根據(jù)我國調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，110～500kV同塔雙回的架設(shè)比率在我國大部分地區(qū)已超過了80%，而架設(shè)桿塔的高度普遍都超過了40米，桿塔的高度越高，桿塔的電感和波阻抗也會隨著桿塔高度增高而增高。桿塔的引雷面積會隨著桿塔高度的增加相應(yīng)增加，而隨著桿塔引雷面積的擴(kuò)大，桿塔的落雷次數(shù)和雷擊率也會相應(yīng)增加。此外，地面對雷電的吸引作用會隨著桿塔高度的增加而減弱，同時線路的屏蔽作用也會相應(yīng)減弱，線路的暴露就會更加厲害，大大增加了線路雷擊跳閘的發(fā)生概率。因此，適當(dāng)降低桿塔高度可以有效降低同塔雙回線路的雷擊跳閘概率。

3.4 采用不平衡絕緣配置

同塔雙回線路中一回線路的絕緣配置高于另一回線路的絕緣配置的配置情況，被稱之為不平衡絕緣配置。這也是預(yù)防雷擊雙回同跳措施中運(yùn)用最普遍的一種預(yù)防措施。其具體操作方法是保持一回線路的絕緣配置不變的情況下，在另一回線路中適當(dāng)?shù)脑黾咏^緣子。當(dāng)發(fā)生雷擊時，受到兩回線路不同絕緣配置的影響，沒有增加絕緣配置的線路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后，導(dǎo)線就相當(dāng)于地線，于是就會增加對添加了絕緣配置的線路導(dǎo)線的耦合作用，從而就提高了添加絕緣配置的線路的耐雷水平，進(jìn)而保證了線路連續(xù)性供電。

3.5 合理選擇架設(shè)地勢

地形地貌對同塔雙回線路雷擊會產(chǎn)生一定的影響，因此需要合理選擇同塔雙回線路架設(shè)地勢。由于山區(qū)丘陵地帶比平原地帶發(fā)生跳閘的概率要高，因此在選擇同塔雙回線路進(jìn)行架設(shè)的地理位置時，需要將桿塔架設(shè)在地勢平坦的地帶，盡可能的避免將桿塔架設(shè)在線路跨越大，容易發(fā)生雷擊的山坡地區(qū)。

3.6 提高線路絕緣水平

防止同塔雙回線路雷擊同跳最有效、最直接的方法就是提高線路的絕緣水平。這樣做不僅能降低感應(yīng)雷過電壓導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象的發(fā)生，而且還能降低反擊過電壓導(dǎo)致的跳閘發(fā)生率。常用的做法有：在雷擊易發(fā)區(qū)使用性能更高的絕緣子、增加絕緣子片數(shù)量等。

3.7 加裝線路避雷器

為達(dá)到線路防雷的效果，保護(hù)絕緣子串，降低雷擊跳閘率，可以在線路絕緣子串旁加裝線路避雷器。線路避雷器有兩種類型：一種是串聯(lián)間隙，另一種是無串聯(lián)間隙。串聯(lián)間隙型避雷器具有電阻片的荷電率較高，雷電沖擊殘壓降低，可靠性較高，運(yùn)行壽命較長等特點(diǎn)，它與導(dǎo)線通過空氣間隙來連接，間隙擊穿電壓低于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，從而達(dá)到保護(hù)絕緣子串的效果。而無串聯(lián)間隙型避雷器則是直接與導(dǎo)線連接，利用避雷器電阻的非線性特性保護(hù)絕緣子串的避雷器，一般都裝有故障脫落裝置。當(dāng)雷擊過電壓造成閃絡(luò)電弧產(chǎn)生時，避雷器能快速滅弧不至于工頻電弧持續(xù)時間過長導(dǎo)致變電站繼電保護(hù)跳閘動作。實踐表明，安裝線路避雷器能有效防止線路雷擊雙回同跳故障的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，220kV輸電線路雷擊雙回同跳會對電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。因此，在本文中分析了220kV輸電線路雷擊雙回同跳的原因以后，從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際工作查找分析故障原因，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，盡可能地減少或者杜絕出現(xiàn)輸電線路雷擊雙回同跳的情況發(fā)生。

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