龔石林 馮彥釗

（云南電網(wǎng)公司生產(chǎn)設(shè)備部，昆明 650011）

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展和強(qiáng)對(duì)流天氣的增多，雷害故障呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)，雷擊造成的線路兩相閃絡(luò)、同塔雙回線路同時(shí)閃絡(luò)、同一輸電通道多回線路相繼跳閘等嚴(yán)重故障明顯增加等。但目前輸、配電線路主要采用標(biāo)準(zhǔn)化和典型化的防雷設(shè)計(jì)，全線不同桿塔和區(qū)段往往按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷配置，未細(xì)致考慮線路走廊雷電活動(dòng)強(qiáng)度、地形地貌及桿塔結(jié)構(gòu)等差異。這樣做出的設(shè)計(jì)方案通常無(wú)法滿足全線防雷性能的差異化要求，致使部分桿塔和區(qū)段極易成為投運(yùn)后的雷害集中區(qū)域，線路雷擊故障頻發(fā)[1-3]。雷擊跳閘后不僅要迅速查找故障點(diǎn)，對(duì)受損絕緣子還需要帶電或停電更換，運(yùn)行維護(hù)工作難度較大，并且線路一旦建成，防雷改造成本巨大，改造效果不明顯。因此，線路防雷工程應(yīng)從源頭做起，在線路設(shè)計(jì)階段即應(yīng)進(jìn)行差異化防雷評(píng)估，明確新建線路防雷薄弱桿塔和區(qū)段，并采用針對(duì)性的防雷措施提高防雷性能。

目前，差異化的的防雷策略主要應(yīng)用于輸電線路的防雷設(shè)計(jì)中。輸電線路的檔距遠(yuǎn)比配電線路大，且線路長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)，所跨區(qū)域的地形地貌、雷電活動(dòng)規(guī)律等情況相對(duì)于配電線路更加復(fù)雜。配電線路在配置上相對(duì)于輸電線路也具有不同的特點(diǎn)，比如桿塔普遍不做接地，沒(méi)有安裝雷電定位系統(tǒng)等，具有適應(yīng)其自身的防雷設(shè)置?；谳敗⑴潆娋€路在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防雷配置等方面的不同，差異化的防雷方法在配電線路中使用應(yīng)得到一定的變通[4-5]。

本文通過(guò)對(duì)差異化防雷策略的分析，以及輸、配電線路在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防雷配置等方面的比較，提出差異化的防雷策略在配電線路中的應(yīng)用方法，為差異化防雷方法在配電線路中的應(yīng)用提供方法基礎(chǔ)。

1 差異化防雷策略

差異化防雷改造技術(shù)既可以提高電力線路的可靠性，又能避免不合理的設(shè)計(jì)、改造所造成的浪費(fèi)，取得事半功倍的效果，提高防雷工程的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。

1.1 線路雷害事故的差異

一般說(shuō)來(lái)，同一地區(qū)不同時(shí)間的雷電活動(dòng)存在差異；同一時(shí)間，不同地區(qū)的雷電活動(dòng)存在差異。應(yīng)針對(duì)性地制定防雷措施。

在傳統(tǒng)的規(guī)程法中，對(duì)地形地貌考慮不多，地形地貌只對(duì)繞擊率以及擊桿率有影響，并且考慮過(guò)于單一，只有平原和山區(qū)之分。而實(shí)際桿塔所處地形地貌復(fù)雜多變，典型的地形如圖1所示。在防雷計(jì)算中應(yīng)充分考慮到地形地貌對(duì)線路防雷性能的影響。

圖1 地貌分類示意圖

1.2 計(jì)算分析方法的差異

準(zhǔn)確評(píng)價(jià)線路的耐雷性能是做好線路防雷工作的必要前提。防雷計(jì)算模型是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)輸變電設(shè)備耐雷性能的重要工具和手段。隨著雷擊事故的頻繁發(fā)生，電網(wǎng)防雷愈來(lái)愈被電力系統(tǒng)重視，很多專家學(xué)者也提出了各種防雷計(jì)算模型。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，不同電壓等級(jí)輸電線路雷擊跳閘的主要原因不同。在計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)要根據(jù)需要和實(shí)際情況選擇合適的模型進(jìn)行計(jì)算。

1.3 防雷措施實(shí)施的差異

目前，線路防雷技術(shù)及措施種類很多，各有特點(diǎn)及針對(duì)性。如降低桿塔接地電阻可以有效減小線路反擊跳閘率，減小避雷線保護(hù)角可以有效提高線路的繞擊耐雷性能，而加裝線路避雷器的桿塔，其反擊耐雷水平和繞擊耐雷水平都會(huì)有很大的提高。此外還有增強(qiáng)絕緣、加設(shè)耦合地線、安裝塔頭避雷針、避雷線側(cè)針、并聯(lián)間隙等防雷措施。

2 配電線路與輸電線路相比差異化防雷的特點(diǎn)

架空輸電線路的雷擊事故以及線路走廊的雷電活動(dòng)、線路特征等方面都存在差異。因此，輸電線路的防雷應(yīng)充分考慮影響輸電線路耐雷性能各因素的差異，如線路走廊雷電活動(dòng)的差異、線路結(jié)構(gòu)特征的差異以及地形地貌的差異，從而制定出針對(duì)每基桿塔的防雷措施。

而配電線路與輸電線路相比，具有如下特點(diǎn)：①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；②線路長(zhǎng)度相對(duì)較短；③線路檔距遠(yuǎn)小于輸電線路，相同傳輸距離下，桿塔基數(shù)明顯增大?；谶@些特點(diǎn)，使得差異化的防雷策略在配電線路中的使用方法與輸電線路相比應(yīng)有一些相同之處，但同時(shí)也會(huì)有較大的區(qū)別。具體表現(xiàn)如下。

1）輸電線路和配電線路在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、防雷配置等方面存在較大差異

輸電線路由于線路較長(zhǎng)，檔距較大，因而各基桿塔的所在位置的雷電活動(dòng)情況和地形地貌情況會(huì)出現(xiàn)較大的差異；裝設(shè)有雷電定位裝置，可以根據(jù)差異化防雷性能評(píng)估方法可以對(duì)所要進(jìn)行改造的線路進(jìn)行逐基桿塔防雷安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；通過(guò)評(píng)估，可以得到線路各級(jí)桿塔的防雷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的決定因素。

而對(duì)于配電線路，線路長(zhǎng)度較短，檔距較小，桿塔基數(shù)多，且各基桿塔的所在位置的雷電活動(dòng)情況和地形地貌情況差異相對(duì)較小，因而，對(duì)每基桿塔進(jìn)行防雷安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就顯得意義不大。

針對(duì)這些不同的特點(diǎn)，提出配電線路的差異化防雷措施應(yīng)以單條線路為單位進(jìn)行。

2）配電線路防雷改造措施制定

某學(xué)者曾將銀行和美發(fā)店作為主要研究對(duì)象，將轉(zhuǎn)換成本劃分為不同維度，分別是機(jī)會(huì)成本、風(fēng)險(xiǎn)成本、評(píng)估成本、認(rèn)知成本、組織成本和沉沒(méi)成本等。在這一研究中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換成本與再購(gòu)買呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。在線上購(gòu)物中，需要對(duì)轉(zhuǎn)換成本的內(nèi)涵進(jìn)行分析，通過(guò)這種方式研究對(duì)成本的影響。

輸電線路的差異化防雷措施是根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，結(jié)合線路運(yùn)行情況，提出防雷改造原則。包括考慮降低雷擊跳閘率還是雷擊事故率、降低繞擊風(fēng)險(xiǎn)還是反擊風(fēng)險(xiǎn)、需要對(duì)哪些風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的桿塔進(jìn)行改造等。

但對(duì)于配電線路來(lái)說(shuō)，防雷改造的原則主要是防止感應(yīng)雷，或是同時(shí)要求防止直擊雷等。就其防雷配置來(lái)說(shuō)，大多10kV 配電線路除配電設(shè)備外，基本不設(shè)防雷裝置，防雷措施簡(jiǎn)陋、單一。因而，針對(duì)雷害防雷較高的配電線路，則需要重新研究針對(duì)特殊條件下的防雷保護(hù)措施。

3 差異化防雷在配電線路中的應(yīng)用方法

針對(duì)配電線路的特點(diǎn)，在配電線路中使用差異化防雷保護(hù)措施應(yīng)用應(yīng)按以下方法。

（1）對(duì)某一區(qū)域的各條配電網(wǎng)線路進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

配電線路網(wǎng)絡(luò)密集，單條線路長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于輸電線路，各基桿塔沒(méi)有設(shè)計(jì)雷電定位系統(tǒng)，因而，對(duì)配電線路的差異化防雷應(yīng)定位于單條線路，首先應(yīng)對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的各條配電路線進(jìn)行雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

評(píng)估工作應(yīng)按照合理的流程來(lái)執(zhí)行：明確評(píng)估對(duì)象，明確評(píng)估范圍，選擇評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，選取評(píng)價(jià)方法，提供評(píng)估結(jié)論并提供恰當(dāng)?shù)膶?duì)策及相應(yīng)的措施。整體流程如圖2所示。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的流程

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的內(nèi)容包括大氣雷電環(huán)境評(píng)價(jià)、雷擊損壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、雷電災(zāi)害易損性分析和雷電災(zāi)害環(huán)境影響評(píng)估。雷擊損壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指針對(duì)評(píng)估對(duì)象可能遭受的各種損害和損失，依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算。

針對(duì)配電線路的雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，本文提出風(fēng)險(xiǎn)矩陣法（Risk Matrix Method）。

在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中，風(fēng)險(xiǎn)是指項(xiàng)目運(yùn)用的技術(shù)手段和工程措施不能滿足項(xiàng)目需要的概率。風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法主要考察項(xiàng)目需求性與技術(shù)可能性這兩個(gè)方面的內(nèi)容，并以此為基礎(chǔ)來(lái)分析、辨識(shí)項(xiàng)目是否存在風(fēng)險(xiǎn)。它綜合考慮了風(fēng)險(xiǎn)概率與風(fēng)險(xiǎn)影響這兩個(gè)方面的因素，可以對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生的影響進(jìn)行最為直觀的評(píng)價(jià)。

基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣法的配電線路雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可依照以下流程來(lái)進(jìn)行：首先需要分析線路雷害的影響因子組成，如圖3所示；其次，需要對(duì)各線路的雷擊概率進(jìn)行等級(jí)劃分，依據(jù)雷擊發(fā)生概率的不同，將各線路劃分成不同的等級(jí)，然后需要對(duì)雷害造成的主要損失進(jìn)行分類劃分，對(duì)雷害影響的嚴(yán)重性進(jìn)行等級(jí)劃分，依據(jù)嚴(yán)重性指標(biāo)數(shù)值的不同，將雷害造成的損失進(jìn)行等級(jí)劃分,得到不同損失對(duì)應(yīng)的嚴(yán)重性等級(jí)劃分結(jié)果；進(jìn)而得到線路的雷擊損害等級(jí)劃分結(jié)果；最后再依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣的方法將以上的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合處理,得出線路的雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

雷擊線路的影響因子一般由以下四個(gè)分量組成：?jiǎn)挝皇┘樱磕辏┖蛦挝婚L(zhǎng)度（每千米）的雷擊次數(shù)、一次雷擊導(dǎo)致的影響經(jīng)濟(jì)損失、停電時(shí)間和電氣設(shè)備損壞，將以上四個(gè)影響因子分別用A、B、C、D 來(lái)表示，如圖3所示。

圖3 雷擊配電線路的影響因子

根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果，有針對(duì)性地采取差異化防雷措施。

（2）對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)較高的線路進(jìn)行針對(duì)性的防雷改造。

鑒于配電線路較為簡(jiǎn)單的防雷措施，針對(duì)雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估較高的配電線路可以借鑒使用輸電線路的防雷保護(hù)措施，比如：在特殊地形條件下加裝獨(dú)立避雷針；加裝橫擔(dān)側(cè)向避雷針；加裝耦合地線；加裝線路避雷器和并聯(lián)保護(hù)間隙等措施。

但每種措施的應(yīng)用應(yīng)結(jié)合具體的條件進(jìn)行。比如山區(qū)35kV 配電線路，在無(wú)法進(jìn)一步降低接地電阻的情況下，可以嘗試架設(shè)耦合地線的方法。針對(duì)特定區(qū)域直擊雷較為嚴(yán)重的區(qū)域，可考慮假設(shè)獨(dú)立避雷針的方法以降低直擊雷的危害，但獨(dú)立避雷針架設(shè)的位置、離配電線路的距離等因素需要單獨(dú)進(jìn)行核算。

（3）對(duì)備選改造方案再次進(jìn)行防雷安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到其風(fēng)險(xiǎn)控制指標(biāo)降低情況；并對(duì)備選改造方案的所需改造經(jīng)費(fèi)進(jìn)行估算，評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性。

（4）依據(jù)線路防雷改造目標(biāo)與經(jīng)費(fèi)預(yù)算，選擇最佳改造方案，明確線路改造投入與預(yù)期收效。

4 結(jié)論

通過(guò)分析差異化的防雷措施以及輸電線路和配電線路在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防雷設(shè)置等的區(qū)別，提出了針對(duì)配電線路的差異化防雷方法，為配電線路的防雷設(shè)計(jì)和改造提供了方法基礎(chǔ)。

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