康 宏，陶曉東，楊擁軍

（國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

雷擊跳閘一直是電力系統(tǒng)故障一大主因，造成的危害極大，例如造成設備損壞等.電力系統(tǒng)防雷工作是一項極為重要的工作，由于變電所、變壓器等設備相對面積較小，在設計建設時也相對考慮到了防雷措施，所以遭受雷擊的概率極小，同時對變電所、變壓器等設備的防雷保護措施較為方便齊全.相對的，輸電線路地處荒郊野外，地貌、地形、氣候變化極大，桿塔往往在地面上處于較高的位置，所以遭受雷擊遠比變電所、變壓器等設備的概率大，同時所涉及的路徑較長，防雷保護措施投資極大，而且涉及到的因素（土壤電阻率、接地情況等）過多過于復雜，所以防雷效果不是很好，所以采取有效的線路防雷保護措施是確保電網(wǎng)安全可靠運行的重中之重.

1 雷電線路跳閘原理分析

線路雷害事故產(chǎn)生的原因主要有直擊、反擊和繞擊.對地放電的雷云大多數(shù)都是負極性，自雷云向大地發(fā)展的先導通道中分布的電荷與雷云的極性相同.當雷擊避雷針、線路桿塔、架空地線或導線等物體時，在主放電過程中，負電荷形成的電流波沿主放電通道及被擊物體向下運動，對于接地物體，該電流迅速流向大地.

雷擊桿塔的耐雷水平I1可由線路絕緣子串的50%沖擊閃絡電壓U50%求得公式：

其中：K為避雷器與導線間的耦合作用，耦合系數(shù)；β為一般長度檔距的線路桿塔分流系數(shù)（表1）；RCh為桿塔沖擊接地電阻；Lgt為經(jīng)桿塔的電流；hd為電壓在桿塔上的分布高度.

根據(jù)公式可得避雷器的線路耐雷水平，雷擊桿塔時的耐雷水平I1不應低于表2所列數(shù)值.

距避雷線最遠的導線，其耦合系數(shù)最小，一般較易發(fā)生反擊.線路的耐雷水平相對比較低，較低的雷電流（20 k A左右）有可能造成線路的跳閘，而線路的繞擊耐雷水平較低的雷電流（30 k A左右）就有可能造成線路的跳閘.由于雷電流負極性占絕大多數(shù)，所以直流超高壓線路的正極更易受到雷擊.

表1 一般長度檔距的線路桿塔分流系數(shù)β

2 近幾年湖州地區(qū)落雷情況分析

位于浙江省北部的湖州市地理地形變化較多，也較明顯.湖州東部為平原地帶，西部安吉縣、長興縣為多山地區(qū).湖州獨特的地理位置造成該地區(qū)雷電活動頻繁的氣象特點.

由表3，可以看出，湖州2007－2011年這五年時間內(nèi)雷電活動相對較頻繁.年平均有雷日為230天左右，在這五年內(nèi)湖州地區(qū)雷電活動強度有上升趨勢，而且山區(qū)的落雷密度明顯高于平原地區(qū).

表3 2007－2011年湖州地區(qū)落雷情況統(tǒng)計

以2011年為例的表4看出：湖州地區(qū)每年的4月至9月是雷電多發(fā)期，以7、8、9月最多（每年雖有偏差，但大致一致），此時雷電不僅落雷密度大，雷電幅值高，因此線路遭受雷擊跳閘集中發(fā)生在4～9月中.

表4 2011年各月落雷情況

3 湖州地區(qū)輸電線路雷擊跳閘統(tǒng)計

2010－2011年兩年中，湖州電網(wǎng)雖積極采用各項防雷措施，但是應雷擊而導致的線路跳閘線路還是時有發(fā)生，并占線路總跳閘概率的絕大部分，其中2010年雷擊線路跳閘占總體跳閘的68.627%，2011年雷擊線路跳閘占總體跳閘的83.333%（見表5）.

表5 2010－2011年湖州地區(qū)線路跳閘情況

2011年，在工區(qū)所管轄輸電線路長度增長、地區(qū)雷電活動更頻繁的情況下，通過工區(qū)的各項防雷措施的實施，線路雷擊跳閘次數(shù)得到很好的抑制.

2010年，我們對110kV及以上雷擊線路的統(tǒng)計分析可見：安吉、長興山區(qū)范圍內(nèi)線路跳閘27條次，德清范圍跳閘4條次，兩區(qū)范圍4條次.

安吉、長興山區(qū)線路雷擊跳閘次數(shù)占雷擊總跳閘的80%.針對山區(qū)地形易招雷擊的情況，工區(qū)在輸電線路架設時就采取了有效的措施，如在安英2417線采取接地模塊，長昆2P89線和昆太2P88線則較大規(guī)模的使用側向避雷針等，這些防雷措施都取得了很好的成效.而跳閘次數(shù)較多的35 k V線路則比較集中在湖青3478線、州紐3470線上.

4 湖州地區(qū)防雷措施的選擇

4.1 防雷綜合治理思路

（1）經(jīng)統(tǒng)計，反擊雷占跳閘比例的60%多，因此防反擊是防雷治理的重點.目前的防繞擊的耦合地線、防繞擊針等大多數(shù)的方法都是進行屏蔽攔截繞擊雷，對攔截的雷電如果反擊耐雷水平不高，也可能引起反擊跳閘.因此防雷要優(yōu)先考慮防反擊，兼顧防繞擊，而且重雷區(qū)與多雷區(qū)的劃分要進行運行分析.

（2）落雷密度大的區(qū)域要首先考慮，偏離高落雷密度區(qū)的跳閘也應重點考慮.這可以運用浙江電力公司雷電定位系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，并用湖州電力局輸電運檢工區(qū)實際運行數(shù)據(jù)分析和運行經(jīng)驗判斷也十分必要.

（3）防雷應優(yōu)先考慮多雷區(qū)、重雷區(qū)，多措施并舉.雷擊是小概率事件，全面開花治理，其費用及人力成本太大，集中人力及費用分輕重緩急、逐步推進是合理的選擇.目前對雷電的各項參數(shù)的認知還不是很準確，雷擊數(shù)理模型也不十分恰當，這影響了防雷措施的針對性，湖州地區(qū)東西部地理地形、周邊環(huán)境的多樣性也制約了一些防雷措施的使用，因此在防雷方面多措施并舉，互相補充效果更好.

4.2 可實際采用的各項防雷措施

在以往輸電運檢工區(qū)運行管理的工作經(jīng)驗中，我們發(fā)現(xiàn)雷擊線路桿塔的耐雷水平是比較高的，雷電流超過耐雷水平的概率很小，但是雷繞擊線路的耐雷水平卻很不理想，因此減少繞擊率是防雷的關鍵.

按照國內(nèi)外現(xiàn)行的電氣幾何模型，我們對避雷線的保護效果進行分析，發(fā)現(xiàn)當線路有避雷線時，只要避雷線的保護角合適就能有效的降低繞擊率.避雷線對邊導線的保護角應盡量小一些，66 k V及以下輸電線路一般采用20°～30°為宜；山區(qū)110kV輸電線路宜采用25°；220 k V雙避雷線線路為20°左右；500 k V一般不大于15°.

同時可考慮架設耦合地線.耦合地線具有加大分流和加大耦合的作用，可以使塔頂電位下降，減少反擊事故.在桿塔結構已固定，接地電阻也不易進一步降低時，可考慮加裝耦合地線.據(jù)參考文獻介紹，在一條220 k V雙避雷線線路上架設耦合地線后，耦合系數(shù)由0.275 1增大到0.363 5，分流作用也明顯增大，架設耦合地線可提高耐雷水平20%～40%，沿桿塔入地電流減少7%～12%，架設單根耦合地線相當于降低接地電阻30%左右.

輸電運檢工區(qū)作為輸電線路的運行管理單位，綜合考慮工區(qū)現(xiàn)有的人力、物力，應將工作的重點放在重雷區(qū)桿塔降低接地電阻、安裝避雷器和絕緣子的調爬工作上.

（1）每年有計劃的對管轄的桿塔電阻值進行測量，確保測量值準確，針對不合格桿塔及時整改，降低桿塔接地電阻.對土壤腐蝕嚴重的地區(qū)進行“兩棒”開挖工作，查明接地體受腐蝕情況，在雷電活動頻繁期來臨前修繕好.由表6可以看出，接地電阻在發(fā)生雷擊事故中占很大因數(shù).

表6 110～500 k V線路耐雷水平與桿塔接地電阻的關系

① 針對個別接地電阻值較大的情況，應使用降阻劑將接地電阻值控制在合格范圍內(nèi).降阻劑的p H值一般在7.6～8.5之間，呈中性略偏堿，對接地體有鈍化保護作用，故基本無腐，但是要注意長期使用后的土壤腐蝕情況和防雷擊效果.

② 在土壤電阻率低的地區(qū)，應充分利用桿塔的自然接地電阻，采用與線路平行的地中伸長地線的辦法可以因其與導線間的耦合作用而降低絕緣子串上的電壓，從而使線路的耐雷水平提高，同時可使用接地模塊.接地模塊主要材料是石墨，它具有很強的保濕性和吸濕性，對壞境敏感度十分低，幾乎不受外界影響.工區(qū)已經(jīng)在現(xiàn)有的安英2417線上大量使用，防雷效果很好.

（2）在重雷區(qū)桿塔上有針對性的采用線路避雷器.根據(jù)運行經(jīng)驗總結工區(qū)統(tǒng)計出易雷擊桿塔，在其上架設避雷器.現(xiàn)階段工區(qū)采用的避雷器主要有純空氣間隙和氧化鋅介質的避雷器兩種.

在2010年的技改項目中，工區(qū)集中力量對湖青3478線、州紐3470線易招雷擊的桿塔上加裝了YH5CX－5／134型純空氣間隙避雷器.加裝了避雷器的線路在2011年的雷擊統(tǒng)計中跳閘次數(shù)明顯減少.

ZnO避雷器其結構簡單、體積少、重量輕、通流能力較高，遭受雷擊時無工頻續(xù)流，不存在熄弧問題（見表7）.加裝避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷器傳入相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，因而絕緣子不會發(fā)生閃絡.

表7 工區(qū)現(xiàn)使用的ZnO避雷器參數(shù)

（3）調整線路的絕緣水平，加大調爬力度.線路上的絕緣子因長期處在交變電場作用下，絕緣性能會逐漸下降，當絕緣子絕緣降低或失去絕緣時，其分布電壓就要降低或呈零值.這些有缺陷的絕緣子如不能及時發(fā)現(xiàn)和更換，就會降低線路絕緣水平，容易發(fā)生閃絡事故，尤其當雷擊絕緣子有缺陷的桿塔時，桿塔絕緣子閃絡的機率就會增大，因此線路的絕緣子進行定期測試，及時發(fā)現(xiàn)和更換低值、零值、閃絡絕緣子顯得很重要.

對于絕緣水平較低的線路，可通過加長合成絕緣子結構長度，增加絕緣子片數(shù)，更換老式瓷質絕緣子等措施，增加絕緣子的爬電距離，提高線路的耐雷水平.

現(xiàn)階段工區(qū)已經(jīng)全部淘汰了老式的瓷質絕緣子，逐步更換成復合、玻璃絕緣子.復合、玻璃絕緣子較瓷質絕緣子有強度高、重量輕、耐雷電壓高的特點.

5 結束語

由于雷電現(xiàn)象的復雜性和雷電活動的分散性，雷擊幾率受制約因數(shù)的多樣性，它的危害不可能完全消除和避免.我們只能不斷努力探索和嘗試，使危害程度降到最低限度，為大幅度降低或消除雷害事故，必須在實踐中探索，不斷積累運行經(jīng)驗，完善輸電線路的防雷措施，采取更有效的防雷措施.

線路整體防雷水平的提高需要一個較長周期，因此針對每年的防雷改造工作，收集、統(tǒng)計、分析各種數(shù)據(jù)，對掌握運行線路防雷工作薄弱點及開展以后如何選擇重點地區(qū)開展防雷工作具有指導意義.我們只有不斷在設計、施工、運行、檢修等環(huán)節(jié)采用新的技術，全面提高線路耐雷水平，才能減少線路雷擊跳閘.

［1］周澤存，沈其工.高電壓技術［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］許彬，陳榮彪，劉剛，等.基于PSCAD耦合地線提高輸電線路耐雷水平的仿真研究［J］.華東電力，2013，41（1），106－109.