35kV油蓮線雷擊頻繁跳閘分析及防控措施

魏志雄 陳俊輝 楊柳輝

摘要：針對35 kV油蓮線頻繁遭雷害故障跳閘的問題，分析了近年故障桿塔的分布及線路周邊雷電地閃密度情況，進一步與常規(guī)防雷措施進行逐條對照分析，發(fā)現(xiàn)加裝避雷線、降低接地電阻、加強絕緣、加裝接閃器等措施的防雷效果不明顯，提出了在“易擊段”推廣使用線路避雷器的改造方法，以提升35 kV線路耐雷水平。

關鍵詞：35 kV線路;雷擊;頻繁跳閘;地閃密度;避雷器

0 引言

隨著電網(wǎng)建設規(guī)模不斷擴大，110 kV及以上的輸電線路已成為我國主流的輸電線路，但是35 kV線路在廣東河源地區(qū)仍然占據(jù)重要地位，其管轄的40余回35 kV線路承擔著各鄉(xiāng)鎮(zhèn)主干線供電任務，它的供電可靠性直接關系到人民群眾的切身利益。然而，35 kV線路在建設之初因側重經(jīng)濟性，一般僅在變電站進線段裝設避雷線，線路整體絕緣水平較低，在防雷害上存在先天不足，在雷雨季節(jié)期間頻繁故障跳閘，給各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的正常生活造成困擾。本文通過對35 kV油蓮線在2017—2019年期間的雷害跳閘進行分析，并與常規(guī)防雷措施進行對照，進而提出可行的防控改造措施。

1 35 kV油蓮線運行概況

35 kV油蓮線于2007年建成，線路全長29.3 km，共88基桿塔，其中直線桿40基，直線塔10基，耐張桿25基，耐張塔13基，90%的桿塔位于高山上，且大部分位于礦區(qū)。導線采用LGJX-120/20鋼芯鋁絞線，三相導線排列方式為上字型和水平排列，僅變電站進線段1～1.5 km架設有GJ-50的避雷線。全線桿塔采用LXY1-70玻璃絕緣子，直線桿塔3片，耐張桿塔4片配置。

線路建成投運后，頻繁發(fā)生雷害跳閘事故，近些年來對該線路投入了大量防雷改造資金，2013年底對24基桿塔的三相導線均加裝了線路避雷器，2016年底對28基桿塔加裝了防雷接閃器，同時增設人工接地網(wǎng)。

2 故障桿塔分布及地閃密度分析

由于雷擊的不確定性和雷電活動的分散性，線路在設計建設之初難以確定相應的防雷措施，需要結合歷年的運行經(jīng)驗，逐步排查出線路的雷電“易擊段”，以便采取差異化防雷改造方案。本文重點對2017—2019年的線路跳閘情況以及線路周邊地閃密度進行深入分析，掌握雷電活動頻繁區(qū)域，結合歷年的故障桿塔分布情況，從而初步確定該線路的“易擊段”。

35 kV油蓮線2017年雷擊跳閘8次，故障桿塔分別是#22、#47、#52、#69、#74、#75、#77、#79;2018年雷擊跳閘12次，故障桿塔分別是#8、#10（2次）、#11、#13、#14（3次）、#16、#44、#49、#80;2019年雷擊跳閘16次，故障桿塔分別是#5、#11、#16、#49、#51、#53（2次）、#60、#66、#69、#70、#76、#77、#79、#81、#82。

雷電定位系統(tǒng)記錄了線路周邊落雷情況，對2017—2019年35 kV油蓮線1 km附近的地閃密度進行統(tǒng)計，結合故障桿塔的分布情況，繪制出故障桿塔及地閃密度分布圖，除了#7～#20區(qū)段雷電活動較強外，其他區(qū)段相對比較均衡，再結合歷年的雷擊故障桿塔分布，初步判定#5～#22、#44～#53、#66～#82為“易擊段”，需重點進行防護。

3 常用防雷措施對照分析

常用的線路防雷措施不外乎架設避雷線、降低接地電阻、加強絕緣、安裝接閃器及避雷器等，本文將結合35 kV油蓮線的實際情況，逐條對照分析，為今后的防雷改造提供參考方向。

（1）沿全線裝設避雷線確實是110 kV及以上線路最有效的防雷措施，但對于35 kV線路而言效果卻非常有限，因線路本身的絕緣水平低，即使成功攔截了導線上的直擊雷，也會因為雷電反擊引起跳閘。如35 kV油蓮線配置了3～4片玻璃絕緣子，其反擊耐雷水平約30 kA，根據(jù)我國一般地區(qū)的雷電流幅值概率分布公式（lg P=-I/88），計算出雷電流大于30 kA的概率是45.6%，所以在35 kV線路上裝設避雷線的防雷效果不佳。

（2）接地裝置是泄導雷電流的主通道，較低的電阻可降低反擊雷對桿塔造成的電位差，意味著增大了線路反擊耐雷水平，但是相關研究表明，35 kV線路本身的絕緣水平太低，降低接地電阻的防雷效果并不明顯。另外，對于無避雷線的線路而言，繞擊是雷害跳閘的主因，接地裝置對繞擊而言是無效的。故從實用性及經(jīng)濟性考慮，對桿塔接地裝置不必要求過高，阻值不高于25 Ω即可。

（3）加強絕緣即增加絕緣子片數(shù)，從而提高絕緣子串的耐雷水平，一定程度上降低了雷電建弧率。加強絕緣一般與裝設避雷線配合使用，同時需滿足塔頭間隙、風偏和對地距離等要求，通常適用于新建的線路。已運行13年的35 kV油蓮線因其設計標準較低，在運的桿塔不具備加裝避雷線的條件，也就意味著導線仍然完全暴露在雷電活動范圍內(nèi)，約4 kA（雷電流大于4 kA的概率是90.1%）的雷電流即可引起3～4片的絕緣子串閃絡放電。若35 kV油蓮線均增加1片絕緣子，繞擊耐雷水平約提升至5 kA，而雷電流大于5 kA的概率是87.7%，概率同比下降2.7%，意味著僅加強絕緣對35 kV油蓮線的防雷效果甚微。

（4）接閃器安裝在桿塔頂部，用來接收桿塔附近的雷電，在一定范圍內(nèi)避免導線、桿塔受雷電直擊。35 kV油蓮線28基桿塔加裝了某公司的新型接閃器，主要由金屬針尖、接閃器主體、引下線等構成，據(jù)悉該接閃器可削減雷電波峰幅度30%以上，從而有效地降低了雷電流直接作用于桿塔構件的雷電流幅值。35 kV油蓮線已安裝接閃器的28基桿塔中，有6基桿塔在近3年期間發(fā)生了雷擊跳閘，又因該產(chǎn)品應用經(jīng)驗相對缺乏，防雷效果不甚理想。一方面從感應雷擊過電壓的角度分析，雖然接閃器將桿塔附件的雷電引到自身上，但是35 kV線路本身的絕緣水平較低，當雷電流幅值超過80 kA（概率是12.3%）時，反而會引起線路因感應雷擊過電壓閃絡跳閘;另一方面，接閃器的保護范圍非常有限，需要配合接地網(wǎng)一并使用，應充分結合現(xiàn)場地形地貌進行選點安裝。因此，新型的接閃器仍可選點試用，以便積累相應的防雷改造經(jīng)驗，但是需盡量避開雷電活動較強的區(qū)域，防止感應雷擊過電壓引起線路閃絡跳閘。

（5）線路避雷器與線路絕緣子串并聯(lián)，擁有優(yōu)異的非線性伏安特性，其工作原理可以簡單地理解為能疏泄沖擊雷電流而阻斷工頻續(xù)流，具有很好的鉗制電位作用，可以確保絕緣子不發(fā)生雷擊閃絡。相關研究及運行經(jīng)驗表明，避雷器是線路防雷害最有效的措施，但其成本較高，維護工作量大，一般建議在“易擊段”加裝線路避雷器。35 kV油蓮線26基桿塔三相均安裝了避雷器，其中4基桿塔在近3年期間發(fā)生了雷擊跳閘，均系雷電流過大，超出了避雷器本身的流通能力，導致線路避雷器炸裂。根據(jù)多年及大量的應用實踐表明，線路避雷器對于減少線路雷擊跳閘具有明顯效果。

4 結語

本文對35 kV油蓮線在2017—2019年期間的雷擊故障跳閘進行了分析，根據(jù)運行經(jīng)驗以及線路周邊雷電活動情況，得知雷電“易擊段”，與常規(guī)防雷措施進行逐條對照，發(fā)現(xiàn)加裝避雷線、降低接地電阻、加強絕緣、加裝接閃器等措施的防雷效果并不明顯，但是仍可試點推行新型接閃器防雷產(chǎn)品，以便積累防雷經(jīng)驗。在防雷改造資金允許的情況下，建議積極推廣使用線路避雷器，優(yōu)先在“易擊段”、降電阻難、絕緣強度低的區(qū)段加裝，且宜考慮35 kV線路中性點不接地的特點，在水平排列方式的兩邊相、三角形排列的兩下相加裝避雷器，以節(jié)約投資成本。

[參考文獻]

[1] 趙智大.高電壓技術[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 劉書明，劉鵬，時付山.降低35 kV線路無架空地線區(qū)段雷擊掉閘率[J].中國電力教育，2010（S1）：602-604.

[3] 焦夏男，聶一雄，黃偉.架空線路雷擊跳閘率與防雷措施研究[J].黑龍江電力，2016，38（6）：501-504.

[4] 白慶，王大興，祝嘉喜.35 kV線路避雷器在電網(wǎng)中的防雷應用[J].電瓷避雷器，2012（1）：82-85.

[5] 張要強，張帆.采用線路型避雷器提高35 kV輸電線路的耐雷水平[J].絕緣材料，2008，41（1）：33-36.

收稿日期：2020-07-13

作者簡介：魏志雄（1992—），男，廣東龍川人，工程師，研究方向：輸電線路運行管理。