110kV盛高線雷擊跳閘分析及處理措施

胡雨婕 胡奇鳴

摘 要：110kV盛高線與220kV興盛線、500kV興咸Ⅰ回、Ⅱ回、Ⅲ回線路平行及四次穿越，使當(dāng)?shù)氐碾姶艌霭l(fā)生了改變，同時(shí)由于線路多處于魚池和水田的空曠地帶，雷電活動時(shí)，處于空曠地段的絕緣子易發(fā)生沿面閃絡(luò)，導(dǎo)致線路跳閘，通過調(diào)爬及減小線路保護(hù)角等手段，達(dá)到防雷擊的目的。

關(guān)鍵詞：110kV盛高線 雷擊 跳閘 處理措施

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0087-02

1 110kV盛高線線路基本情況

110kV盛高線全長28.644km，導(dǎo)線選用LGJ-240/30型鋼芯鋁絞線，地線選用GJ-50鍍鋅鋼絞線。全線共使用鐵塔102基，其中直線桿塔89基，耐張、轉(zhuǎn)角、終端鐵塔13基。

110kV盛高線自投運(yùn)后的3年以來，雷擊跳閘7次，其中雷擊B相跳閘4次，雷擊B、C相跳閘1次，雷擊A相跳閘2次。具體情況如下：

投運(yùn)當(dāng)年5月24日21：10，110kV盛高線盛13開關(guān)A0I段、Z0I段動作跳閘，ZCH動作成功，發(fā)現(xiàn)23#塔B相絕緣子產(chǎn)生放電；當(dāng)年8月17日17：26，110kV盛高線盛13開關(guān)接地距離I段、零序I段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)7#直線塔B相絕緣子放電；第二年5月23日23：19，110kV盛高線盛13開關(guān)距離Ⅰ段，零序Ⅰ段保護(hù)動作跳閘，ZCH動作成功，檢查發(fā)現(xiàn)11#塔B相絕緣子擊穿；第二年7月2日0：44，110kV盛高線盛13開關(guān)接地距離I段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)76#B相瓷瓶擊穿；第二年7月2日0：58，110kV盛高線盛13開關(guān)A0II段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)87#B、C相瓷瓶擊穿；第二年8月26日18：21，110kV盛高線盛13開關(guān)接地距離Ⅰ段動作跳閘，ZCH成功，檢查發(fā)現(xiàn)19#A相下四片防污瓷瓶擊穿，第三年6月4日0：22，高06開關(guān)零序I段保護(hù)動作（重合閘未加用），檢查發(fā)現(xiàn)24#鐵塔A相瓷瓶沿面閃絡(luò)放電。

2 雷擊性質(zhì)分析

110kV盛高線地理位置為中雷區(qū)。由于220kV興盛線、500kV興咸Ⅰ回、Ⅱ回、Ⅲ回線路與110kV盛高線平行及四次跨越，使當(dāng)?shù)氐碾姶艌霭l(fā)生了改變，最近幾年，雷電活動越來越頻繁，目前已達(dá)到多雷區(qū)的落雷密度。

雷擊架空輸電線路引起的絕緣閃絡(luò)分為兩類：反擊閃絡(luò)和繞擊閃絡(luò)。

雷擊塔頂部或避雷線時(shí)，雷電流通過塔體和接地體，使塔體電位升高，同時(shí)在相導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。如果升高塔體電位和相導(dǎo)線感應(yīng)過電壓合成的電位差超過線路絕緣閃絡(luò)電壓值，就會發(fā)生閃絡(luò)，這種閃絡(luò)稱為反擊閃絡(luò)（簡稱反擊）。衡量反擊的雷電流臨界值稱為耐雷水平，我國現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定有避雷線路，在一般土壤電阻率地區(qū)，其耐雷水平為110kV，線路為40～75kA。

根據(jù)簡化公式：絕緣子串雷電擊穿電壓UL=100+83.7×N

絕緣子串為7片時(shí)雷電擊穿電壓UL=100+83.7×7=685.9kV

絕緣子串為8片時(shí)雷電擊穿電壓UL=100+83.7×8=769.6kV

鐵塔在雷擊時(shí)電感約為3毫亨，即在100kA時(shí)1m的鐵塔為10kV電壓，若鐵塔為30m時(shí)，桿塔電阻為300/100=3Ω。

目前110kV盛高線接地電阻最大為3.14Ω，若考慮線路桿塔電阻為5Ω，則雷擊桿塔在絕緣子串為7片時(shí)雷電流為685.9/8.14=84kA，而查雷電觀測系統(tǒng)，洪湖地區(qū)最大雷擊電流為72kA，而幾次跳閘的雷電流為50kA左右，因此，雷擊塔體產(chǎn)生反擊的可能性比較小。

雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)稱為繞擊，它引起的閃絡(luò)稱為繞擊閃絡(luò)。采用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算繞擊率，這是根據(jù)大量的架空輸電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)出繞擊率與桿塔高度、避雷線對邊導(dǎo)線保護(hù)之間關(guān)系。由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)具有一定局限性，各學(xué)者推薦的繞擊率經(jīng)驗(yàn)公式不同。但共識是，避雷線對邊相導(dǎo)線保護(hù)角越大，繞擊率越大；桿塔越高，繞擊率越大。

110kV盛高線避雷線對邊相導(dǎo)線保護(hù)角X5型塔為27.8°，桿塔最高為29m，最大檔距為379m。由于110kV盛高線避雷線對邊相（B相）導(dǎo)線保護(hù)角過大，桿塔過高，雷電流較小，因此，雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)的可能性較大。

雷擊導(dǎo)線上產(chǎn)生的絕緣子串雷電擊穿電壓經(jīng)驗(yàn)公式為：UL=10IL，即雷電流在7kA時(shí)，絕緣子串就會擊穿。

3 110kV盛高線跳閘現(xiàn)象分析

（1）6次跳閘特征分析：跳閘時(shí)天氣比較惡劣，基本上都是大風(fēng)、暴雨、雷電，發(fā)生時(shí)間以下午17時(shí)至凌晨1時(shí)期間為主，被雷擊中的全部為直線鐵塔，多數(shù)緊靠耐張鐵塔，且均為空曠地段，周圍以水田和魚塘為主，同時(shí)以B相動作為主（其中B相單獨(dú)動作4次，B、C相同時(shí)動作1次，A相動作2次），重合閘全部成功。

（2）瓷瓶外觀分析：發(fā)生閃絡(luò)的瓷瓶均為內(nèi)外表面沿面閃絡(luò)，經(jīng)湖北省電力試驗(yàn)研究高級技術(shù)專家鑒定屬于工頻閃絡(luò)。

（3）跳閘動作過程分析：雷電擊中110kV線路避雷線和橫擔(dān)，將瓷瓶周圍空氣擊穿，形成微秒瞬間電弧，同時(shí)工頻相電壓由導(dǎo)線經(jīng)已形成的瞬間電弧通道放電至橫擔(dān)，并在瓷瓶內(nèi)外表面形成沿面弧光（工頻放電弧光），該電弧持續(xù)的時(shí)間較長，約10ms，引起110kV線路保護(hù)動作，引起吸納路瓷瓶內(nèi)外沿面釉質(zhì)、碗頭鑄鐵局部燒灼，工頻電弧持續(xù)10ms以后過零熄弧，0.8s后線路重合閘動作，合閘成功。

4 110kV盛高線雷擊跳閘原因分析

盛高線雷擊跳閘比以前跳閘頻繁，主要原因是：

（1）與線路的地理走向有關(guān)：在1#～16#桿與220kV興盛線平行的這段線路呈南北走向，并且位于220kV興盛線的南邊，當(dāng)雷雨季節(jié)頻繁時(shí)刮的多為東南風(fēng)，盛高線為迎風(fēng)側(cè)，所以雷電先接觸的便是盛高線。

（2）與線路下多魚池和水田有關(guān)：因?yàn)楹楹修r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，以生態(tài)漁業(yè)為主，所以在盛高線的走廊上魚池比較多，從而形成大量的水蒸氣，與帶電的風(fēng)相互作用，把雷電引來對線路進(jìn)行繞擊。

（3）線路保護(hù)角過大：110kV盛高線避雷線對邊相導(dǎo)線保護(hù)角X5型塔為27.8°，使雷電繞擊線路的概率的可能性增大。

（4）桿塔過高：110kV盛高線桿塔最高為32m，呼稱高全部在20m以上，使雷電繞擊線路的概率的可能性增大。

（5）雷電流較小：根據(jù)雷電觀測系統(tǒng)顯示，雷電流大多數(shù)在50kA以下，使雷電繞擊線路的概率的可能性增大。

5 110kV盛高線幾種防繞擊雷經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案

（1）采用雙串V型瓷瓶，減少保護(hù)角，達(dá)到減少雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。根據(jù)計(jì)算X5型塔單根避雷線保護(hù)角可達(dá)到20°左右，達(dá)到減少雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)的目的。每基塔價(jià)格約1500元，保護(hù)范圍為全線。

（2）將單根避雷線改為雙根避雷線。減少保護(hù)角達(dá)到減少雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。110kV盛高線在雷擊多發(fā)區(qū)域，雙根避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)小于20°；大跨越桿段保護(hù)角不得大于15°。每基塔價(jià)格約2800元。保護(hù)范圍為全線。

（3）由于220kV、500kV線路距離110kV盛高線較近，110kV盛高線桿塔較高，線路下基本上在魚塘、農(nóng)田中，采用加裝耦合地線達(dá)到減少雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。每基塔價(jià)格約300元，保護(hù)范圍為全線。

（4）采用XBL-II型高效防繞擊避雷針可保護(hù)桿塔附近50m內(nèi)達(dá)到減少雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)。每基塔價(jià)格約3000元，保護(hù)范圍為桿塔附近50m內(nèi)。

（5）采用可控避雷針可保護(hù)桿塔附近15m內(nèi)達(dá)到減少雷電穿越避雷線直擊到相導(dǎo)線上時(shí)產(chǎn)生繞擊閃烙。每基塔價(jià)格約8000元，保護(hù)范圍為桿塔附近15m內(nèi)。

（6）使用線路避雷器。在采取其他防雷措施后，效果仍然不明顯的情況下才使用線路避雷器，每基塔價(jià)格約16500元。

6 110kV盛高線雷擊結(jié)論

鑒于以上原因分析及防雷工作實(shí)施措施，110kV盛高線只能采取綜合防治措施，逐步實(shí)施，達(dá)到目標(biāo)為止。

（1）調(diào)爬：在最大風(fēng)偏和最大弧垂允許的情況下，對線路最大限度地調(diào)爬，增加1片絕緣子。

（2）對X5型塔采用雙串V字型絕緣子串。采用雙串V字型絕緣子串考慮線路對鐵塔凈空時(shí)不需考慮導(dǎo)線的風(fēng)偏，因此可減少保護(hù)角。

7 具體實(shí)施方案

（1）將全線直線塔懸瓶由7片增加為8片瓷瓶。

（2）將1#～33#、74#～96#段直線塔B相改為“V”型串。110X5型鐵塔B相防雷保護(hù)角由改造前的29°57'15"減小到21°37'30"，110T1型鐵塔B相防雷保護(hù)角由改造前的26°17'16"減小到20°23'16"，110ZS3型鐵塔B相防雷保護(hù)角由改造前的27°11'20"減小到20°4'15"。

8 實(shí)施后的效果評估

投運(yùn)第三年4月將全線直線塔懸瓶由7片增加為8片瓷瓶后，投運(yùn)第四年6月4日凌晨24#鐵塔A相遭雷擊1次，投運(yùn)第四年10月將1#～33#、74#～96#段直線塔B相改為“V”型串，改造后5年內(nèi)，110kV盛高線經(jīng)受住了雷雨季節(jié)的考驗(yàn)，全線都沒有遭雷擊，效果明顯，取得實(shí)效。