黃會(huì)賢，羅標(biāo)，曹云軒，石孝文

(重慶市電力公司長(zhǎng)壽供電局，重慶市，401220)

0 引言

重慶長(zhǎng)壽地區(qū)高壓輸電線路點(diǎn)多面廣、幅員遼闊，頻繁的雷電活動(dòng)和獨(dú)特的地形，使得輸電線路雷擊跳閘現(xiàn)象較其他地區(qū)嚴(yán)重。在2007—2010年，長(zhǎng)壽山區(qū)35 kV及以上輸電線路共發(fā)生278次跳閘故障，其中雷擊跳閘246次，雷擊跳閘占?xì)v次線路跳閘總數(shù)的88.5％，這說(shuō)明雷擊跳閘是造成長(zhǎng)壽山區(qū)輸電線路故障的主要原因。本文統(tǒng)計(jì)了近5年長(zhǎng)壽山區(qū)35 kV及以上輸電線路的雷擊跳閘故障，介紹了雷害事故的處理流程，根據(jù)理論和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判斷了雷害方式，對(duì)線路雷擊跳閘進(jìn)行了分析，在總結(jié)防雷整治過(guò)程中進(jìn)行了探索研究，并在此基礎(chǔ)上提出一些新的防雷觀點(diǎn)和思路。

1 長(zhǎng)壽山區(qū)輸電線路的雷擊跳閘情況

2007—2010年長(zhǎng)壽山區(qū)35 kV及以上輸電線路共發(fā)生雷擊跳閘故障246次，具體情況如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)壽35 kV及以上輸電線路雷擊跳閘情況Fig.1 Lightning trip of 35 kV and higher transm ission line in Changshou area

由圖1可見(jiàn)，長(zhǎng)壽山區(qū)35 kV及以上輸電線路平均每年雷擊跳閘數(shù)為61.5次，其中220 kV輸電線路為11.75次，110 kV輸電線路為36次，35 kV輸電線路為13.75次。渝東南地區(qū)是長(zhǎng)壽山區(qū)輸電線路防雷的重點(diǎn)區(qū)域，并且同一條線路重復(fù)遭到雷擊，有必要對(duì)其進(jìn)行防雷整治。

2 雷害事故處理流程

長(zhǎng)壽供電局雷害事故處理一般流程如圖2所示。事故巡視堅(jiān)持“巡必巡到、巡必巡完”的原則。發(fā)生事故跳閘，特別是雷擊事故跳閘，必須要巡檢到故障點(diǎn)，另外還要巡檢整條線路，檢查其他桿塔是否有雷擊現(xiàn)象［1］。

圖2 輸電線路雷害事故處理流程Fig.2 Processing flow of lighting accident on transm ission line

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障情況，更好地為調(diào)度、檢修提供第一手信息，雷害事故巡視結(jié)合了變電站保護(hù)動(dòng)作跳閘情況和雷電定位系統(tǒng)，先確定故障相別，再根據(jù)桿位明細(xì)表確定重點(diǎn)巡視對(duì)象；通過(guò)線路跳閘時(shí)間查看該段線路走廊范圍內(nèi)的落雷情況，回?fù)魯?shù)較大或雷電流較大的桿塔段作為重點(diǎn)巡視桿塔段。發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)后進(jìn)行登桿透視照相，為雷擊跳閘提供現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)，影響輸電運(yùn)行的線路故障要及時(shí)匯報(bào)電力調(diào)控中心和檢修公司運(yùn)檢管理部，進(jìn)行相應(yīng)的處理和消缺安排。

3 輸電線路雷擊跳閘分析

3.1 長(zhǎng)壽山區(qū)雷電活動(dòng)情況

長(zhǎng)壽山區(qū)雷電活動(dòng)頻繁，據(jù)雷電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，2009年長(zhǎng)壽地區(qū)的雷電總數(shù)為4 108個(gè)，若考慮渝東南地區(qū)則雷電總數(shù)達(dá)到36 753個(gè)；2010年長(zhǎng)壽地區(qū)的雷電總數(shù)為5 628個(gè)，若考慮渝東南地區(qū)則雷電總數(shù)達(dá)到37 018個(gè)。因此有必要對(duì)長(zhǎng)壽地區(qū)雷電活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行探索，一般采取的方法是以雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)為主，氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)為輔，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累。

2007—2010年長(zhǎng)壽山區(qū)35 kV及以上輸電線路不同月份的雷擊跳閘情況如圖3所示，調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，雷擊跳閘主要集中發(fā)生在4～5、7～8月，這幾個(gè)月份是重慶的雷雨季節(jié)，極端性的氣候以及強(qiáng)對(duì)流天氣極易形成雷暴。

3.2 雷害方式的判定

圖3 長(zhǎng)壽35 kV及以上輸電線路 不同月份的雷擊跳閘情況Fig.3 Lightning trip statistics of 35 kV and higher transm ission line in Changshou area in differentmonths

一般來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)表1來(lái)判別和分析反擊、繞擊故障。反擊和繞擊電流的貫穿特點(diǎn)不同，一般反擊可以在塔頭部分(地線或地線橫擔(dān)上)找到接地點(diǎn)，而繞擊只能在絕緣子接地端部分找到繞擊點(diǎn)。每次雷害事故都要安排事故巡視，進(jìn)行登桿透視雷擊故障點(diǎn)情況，并做好詳細(xì)的記錄、保存圖片資料，從而提供現(xiàn)場(chǎng)判據(jù)。

表1 雷害方式判斷表Tab.1 transm ission line lighting damagem ode

3.3 感應(yīng)過(guò)電壓的分析計(jì)算

研究表明：35 kV及以下架空線路由雷擊引起的線路閃絡(luò)或故障的主要原因不是直擊雷過(guò)電壓而是感應(yīng)雷過(guò)電壓，感應(yīng)雷過(guò)電壓導(dǎo)致的故障超過(guò)90％［2］。因此，分析計(jì)算感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)電力線路的絕緣設(shè)計(jì)、防雷保護(hù)整治有著重要意義。

當(dāng)雷擊點(diǎn)與線路的水平距離大于65 m時(shí)，雷擊線路附近導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值為

式中Ui為感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值；：I為雷電流幅值；hc為導(dǎo)線懸掛的平均高度，m；S為雷擊點(diǎn)與線路水平距離。

3.4 地質(zhì)條件的影響

雷電繞擊率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及高壓輸電線路經(jīng)過(guò)的地形、地貌和地質(zhì)條件有關(guān)［3-4］。山區(qū)高壓輸電線路的繞擊率約為平地高壓輸電線路的3倍，在山區(qū)設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)大跨越、大高差檔距，這是線路耐雷水平的薄弱環(huán)節(jié)；一些地區(qū)雷電活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈，使某一區(qū)段的線路較其他線路更容易遭受雷擊。

長(zhǎng)壽地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以山地、高山為主，渝東南地區(qū)輸電線路大部分架設(shè)在山嶺中，多為巖石、頁(yè)巖、沙石等地質(zhì)，土壤電阻率較高。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，聳立在山嶺間的鐵塔更容易遭受雷擊，有坡度地形下的桿塔保護(hù)角屏蔽失效區(qū)較大，更容易發(fā)生雷電繞擊現(xiàn)象。

4 山區(qū)電網(wǎng)輸電線路的防雷整治

4.1 幾種常用的防雷措施

降低線路雷擊跳閘率的主要手段，有整治接地網(wǎng)、減小地線保護(hù)角、加裝特種避雷針或避雷器、提高線路耐雷水平、降低桿塔高度、架設(shè)耦合地線等［5-7］。

(1)加強(qiáng)高壓送電線路的絕緣水平。高壓輸電線路的絕緣水平與耐雷水平成正比，加強(qiáng)零值絕緣子的檢測(cè)，保證高壓輸電線路有足夠的絕緣強(qiáng)度是提高線路耐雷水平的重要手段。

(2)降低桿塔的接地電阻。高壓輸電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據(jù)各基桿塔土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓輸電線路耐雷水平的基礎(chǔ)，是最經(jīng)濟(jì)、有效的手段。

(3)架設(shè)耦合地線。耦合地線可以使避雷線和導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)增大，并使流經(jīng)桿塔的雷電流向兩側(cè)分流，從而提高高壓輸電線路的耐雷水平。

(4)適當(dāng)運(yùn)用高壓輸電線路避雷器［8-11］。避雷器安裝在導(dǎo)線與橫擔(dān)之間，當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器立即動(dòng)作泄流，從而限制了過(guò)電壓幅值。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在雷擊跳閘較頻繁的高壓輸電線路上選擇性安裝避雷器可以達(dá)到較好的避雷效果。目前在長(zhǎng)壽地區(qū)已使用一定數(shù)量的高壓輸電線路避雷器，運(yùn)行情況較好，但由于裝設(shè)避雷器投資較大，設(shè)計(jì)中只能根據(jù)情況少量使用。

依據(jù)雷害方式的判斷結(jié)果和對(duì)主要防雷措施進(jìn)行的分析對(duì)比，并充分考慮長(zhǎng)壽地區(qū)輸電線路的重要性(不適合大規(guī)模地改變鐵塔本體設(shè)施)，兼顧經(jīng)濟(jì)適用，對(duì)運(yùn)行線路防雷整治一般采用接地網(wǎng)改造、適當(dāng)選擇加裝避雷器以及選擇一些非常規(guī)防雷裝置，即在塔頭部分加裝可控放電避雷針或在地線上安裝防繞擊避雷針。

4.2 防雷整治觀念的改進(jìn)與應(yīng)用

在線路防雷整治的實(shí)踐過(guò)程中，合理安排線路防雷的整治次序、全盤考慮、規(guī)范防雷措施，能有效地降低輸電的雷擊跳閘率。

在管轄區(qū)域內(nèi)若有多條需整治的線路，必須確定防雷重點(diǎn)線路的整治次序，具體的選排流程如圖4所示。

圖4 線路防雷整治次序的確定Fig.4 Regulation order for line lightning protection

輸電線路防雷是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作，應(yīng)采取集約化、規(guī)范化的方式進(jìn)行各種防雷措施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，開(kāi)展防雷典型性設(shè)計(jì)方案的研究，從而降低成本提高效益。

(1)集中治理，重點(diǎn)突出。雷電活動(dòng)具有隨機(jī)特性，因此將整改范圍擴(kuò)大分散至幾條線路不如集中精力先整治好1條線路。

(2)全盤考慮。如果進(jìn)行防雷整治時(shí)，在易遭雷擊的桿塔加裝避雷器而沒(méi)有注意整改桿塔的接地情況，將導(dǎo)致防雷效果不明顯。在塔頭裝設(shè)非常規(guī)防雷裝置的目的是將雷電的繞擊轉(zhuǎn)化為反擊，這樣就對(duì)桿塔的接地電阻提出了更高要求。因此，防雷改造要全盤考慮、綜合完善，采取塔頭防雷裝置與桿塔接地模塊同時(shí)實(shí)施的方法來(lái)改善雷擊跳閘水平。

(3)狠抓源頭。從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，線路絕緣水平高、避雷線保護(hù)角小、接地電阻小的線路桿塔雷擊跳閘現(xiàn)象明顯較少，因此運(yùn)行單位在提高運(yùn)行線路防雷水平的同時(shí)，應(yīng)提高新建線路的設(shè)計(jì)要求并充分參與設(shè)計(jì)，盡可能從設(shè)計(jì)源頭上降低線路的雷擊跳閘率。

(4)精心維護(hù)。根據(jù)雷電活動(dòng)規(guī)律，在進(jìn)入雷電活躍期之前進(jìn)行防雷裝置的檢查和桿上引下線的維護(hù)，在帶板圓鋼與鐵塔連接處或鐵夾板涂抹導(dǎo)電膏，整治不合格的接地網(wǎng)，精心維護(hù)輸電線路，有效減少雷害事故。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)山區(qū)輸電線路防雷研究和治理是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，需要做好各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)歸納等基礎(chǔ)性工作，逐步探索和掌握客觀規(guī)律。

(2)對(duì)于雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，在進(jìn)行線路防雷整治時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路雷擊技術(shù)統(tǒng)計(jì)、線路重要程度和已有防雷水平等信息，合理確定線路段的整治次序，提高防雷整治的整體效果。

(3)進(jìn)行線路防雷整治是一項(xiàng)長(zhǎng)期性工作，應(yīng)集中治理、全盤考慮、狠抓源頭、精心維護(hù)。

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