王慶軍，　程登峰，　鄭世玲，　朱勝龍，　劉　靜

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥　230022)

?

安徽電網(wǎng)220 kV輸電線路雷擊跳閘分析

王慶軍，程登峰，鄭世玲，朱勝龍，劉靜

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥230022)

摘要：220 kV輸電線路跳閘對(duì)電網(wǎng)供電可靠性影響較大，這其中雷擊引起的占較大比例，分析認(rèn)為繞擊是安徽電網(wǎng)220 kV輸電線路雷擊跳閘的主要原因，避雷線保護(hù)角、桿塔高度、地形、桿塔型式等對(duì)繞擊都有影響。文章還對(duì)雷擊發(fā)生的時(shí)間、雷電定位系統(tǒng)使用、重合閘成功率進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：220 kV輸電線路；雷擊跳閘；繞擊；安徽電網(wǎng)

0引言

近年安徽省220 kV輸電線路由于雷擊引起的跳閘事故頻發(fā),約占跳閘總數(shù)的30%。雖然各單位在防雷工作上進(jìn)行了大量工作,包括采取措施降低接地電阻、調(diào)整爬距增加線路絕緣水平、清理通道等,但雷擊跳閘率仍然沒(méi)有明顯下降。為此對(duì)近年的雷擊事故進(jìn)行了調(diào)研。

從地理氣象條件上看,安徽省北部為平原地形,中部為丘陵地形,南部為山區(qū)地形。全省平均雷暴日為30～40,屬多雷區(qū)[1]。

為了解雷擊跳閘的原因,收集了近5年來(lái)的40起雷擊事例、故障點(diǎn)巡查情況、線路基本資料及雷電定位系統(tǒng)探測(cè)情況進(jìn)行分析。

1分析與建議

1.1繞擊是220 kV輸電線路跳閘的主要原因

1.1.1繞擊事例分析

在近年統(tǒng)計(jì)分析的雷擊跳閘事例中[2-4],反擊7次,占14%,繞擊43次,占86%。是否是繞擊,主要是依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)按照表1進(jìn)行判斷。

從雷電定位系統(tǒng)[5]記錄的雷電流大小看主要有以下特點(diǎn),大部分引起雷擊跳閘的事例中雷電流幅值均較小,具體結(jié)果見(jiàn)表2。這其中的原因主要是幅值較小的雷電流可能繞擊線路造成繞擊跳閘,幅值較大的雷電流擊中桿塔或地線,可能造成反擊跳閘,中等幅值的雷電流要引起反擊幅值可能性不夠大,又不易繞擊。

表1　區(qū)分繞擊與反擊的特征

表2　雷電流幅值分布

1.1.2造成繞擊的主要原因

表3　線路保護(hù)角統(tǒng)計(jì)

文獻(xiàn)[6]規(guī)定“桿塔上地線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角,500 kV送電線路宜采用10°～15°。330 kV送電線路及雙地線的220 kV送電線路宜采用20°左右。山區(qū)110 kV單地線送電線路宜采用25°左右”,可見(jiàn)我省輸電線路地線的保護(hù)角符合相關(guān)規(guī)定,但從省內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看有必要研究線路保護(hù)角對(duì)于輸電線路雷擊跳閘的影響。

國(guó)家電網(wǎng)生〔2005〕928 號(hào)《關(guān)于防止和降低架空輸電線路故障的通知》中提到“線路避雷線屏蔽保護(hù)角的選擇對(duì)線路防雷極為重要。當(dāng)保護(hù)角在 10°或更低時(shí),發(fā)生雷電繞擊的概率較小。據(jù)統(tǒng)計(jì),保護(hù)角小于 15°架空線路的雷擊跳閘率占37%,保護(hù)角在 15°以上的雷擊跳閘率占63%”。

目前我國(guó)的單回路500 kV輸電線路其邊導(dǎo)線保護(hù)角大都在12°～15°之間,對(duì)于同塔雙回線路,由于桿塔塔高增加較多,暴露弧段增加,減少保護(hù)角勢(shì)在必行。美國(guó)BPA的雙回路桿塔保護(hù)角一般在4°以下,日本主張使用負(fù)保護(hù)角。

(2) 桿塔高度對(duì)繞擊跳閘率的影響。當(dāng)桿塔高度較小時(shí),α不同,跳閘率差別較小,隨著桿塔高度增加,α的影響變大[7],見(jiàn)圖1。以ZM51塔型為例,繞擊跳閘率在桿塔高度超過(guò)35 m,上升速度很快,桿塔高度每增加1 m,繞擊跳閘率上升67.16%。在此次統(tǒng)計(jì)的雷擊事故中有24次的桿塔塔高超過(guò)24 m,占總數(shù)的60%,這其中有11次是同塔雙回線路。

(3) 地形的影響。陡度對(duì)繞擊率有很大影響[8],應(yīng)用基于電氣幾何模型基礎(chǔ)上的擊距法進(jìn)行分析,當(dāng)?shù)孛鎯A角增大時(shí),繞擊跳閘率呈非線性上升,地面傾角小于15°時(shí),傾角對(duì)繞擊率的影響不大,地面傾角大于15°時(shí),繞擊率呈倍數(shù)增加,這對(duì)線路的防雷保護(hù)很不利。根據(jù)日本的研究結(jié)果,地面傾角等于30°的繞擊率是0°的5.73～8.79倍。在此次統(tǒng)計(jì)中有23次雷擊發(fā)生在山區(qū),地面傾角較大,有的甚至超過(guò)45°。

圖1　線路標(biāo)高與跳閘率的關(guān)系

在統(tǒng)計(jì)事例中還有20次發(fā)生閃絡(luò)桿塔處于水塘、水田、河流等有水的地理位置。

(4) 桿塔型式的影響。我省輸電線路塔型較多,命名也較為混亂,從本次調(diào)研可以看到塔型對(duì)于雷擊有著明顯地影響[9],見(jiàn)表4所列,發(fā)生雷擊事故較多的塔型有直線貓頭塔、直線T形塔、同塔雙回直線塔,見(jiàn)圖2～圖4所示。

表4　發(fā)生雷擊閃絡(luò)塔型統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)表

圖2ZM21塔圖3ZT-3/20.7塔圖4PSL塔

總之,繞擊事例的發(fā)生是與桿塔結(jié)構(gòu)、避雷線保護(hù)角、桿塔高度、地形等有關(guān)。傳統(tǒng)的繞擊率計(jì)算存在偏差,這主要是因?yàn)槲覈?guó)規(guī)程對(duì)繞擊率計(jì)算式未加條件限制。這對(duì)高桿塔更顯得不合理。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,高桿塔線路繞擊率明顯增高。規(guī)程計(jì)算式可能參考前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn),也可能是對(duì)國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。但這些經(jīng)驗(yàn)來(lái)源于較低電壓等級(jí)、較低塔高和較大保護(hù)角的線路,沒(méi)有證據(jù)可證明它能延伸到較高電壓等級(jí)、較高塔桿和小保護(hù)角的線路。

1.2降低輸電線路雷擊跳閘率的重要因素

國(guó)家電網(wǎng)生〔2005〕928 號(hào)《關(guān)于防止和降低架空輸電線路故障的通知》中提到“據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),遭受雷擊跳閘的 220 kV 及以上線路中80%左右的桿塔接地電阻偏大或超標(biāo)”。因此,減少接地電阻在防雷保護(hù)的作用十分明顯。

桿塔接地電阻增大時(shí),當(dāng)雷擊于線路塔頂或避雷線時(shí),雷電流流過(guò)桿塔塔身到達(dá)接地裝置發(fā)生反射后,使得塔頂電位大大升高,當(dāng)塔頂(或橫擔(dān)處)與導(dǎo)線之間的電位差超過(guò)線路絕緣的沖擊放電電壓時(shí),會(huì)對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò),這一過(guò)電壓,即形成雷電反擊。對(duì)于一般高度的桿塔,接地電阻上的壓降是決定塔頂高度處桿塔電位的主要因素,在同樣的雷電波頭下,接地電阻越大,塔頂電位升高越大,越容易對(duì)導(dǎo)線放電引起反擊。雖然雷擊塔頂時(shí)線路耐雷水平值與桿塔沖擊接地電阻、導(dǎo)線地線間的耦合系數(shù)、桿塔分流系數(shù)、桿塔等值電感以及絕緣子串的50%沖擊放電電壓等諸多因素有關(guān),線路耐雷水平與桿塔接地電阻關(guān)系見(jiàn)表5所列。但實(shí)際上,桿塔沖擊接地電阻直接影響著線路的耐雷水平。另外,桿塔接地電阻通過(guò)施加降阻劑后暫時(shí)達(dá)到了設(shè)計(jì)值,但降阻劑在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行期間可能流失,甚至對(duì)接地體造成腐蝕致使接地電阻回升增大,導(dǎo)致桿塔接地電阻不能滿足要求。

表5　110～500 kV線路耐雷水平與桿塔接地電阻的關(guān)系

1.3其他統(tǒng)計(jì)分析

(1) 發(fā)生雷擊的線路較分散,近年發(fā)生兩次雷擊跳閘的線路只有4條,而發(fā)生3次雷擊跳閘的只有3條。

(2) 雷害多集中在每年6、7、8月,但由于近年氣候變化異常,也有3、4月份甚至1月份發(fā)生雷害的記錄。發(fā)生的時(shí)間上0點(diǎn)到6點(diǎn)7次,6點(diǎn)到12點(diǎn)2次,12點(diǎn)到18點(diǎn)11次,18點(diǎn)到24點(diǎn)10次,其余則沒(méi)有時(shí)間段記錄,可以看到雷害發(fā)生在12點(diǎn)至24點(diǎn)遠(yuǎn)大于6點(diǎn)到12點(diǎn)。

(3) 閃絡(luò)的絕緣子有23次為玻璃絕緣子,占總次數(shù)的72%,6次為瓷絕緣子,占總次數(shù)的19%,3次為復(fù)合絕緣子,占總次數(shù)的9%。

(4) 雷電定位系統(tǒng)可以很好地指導(dǎo)故障查詢、故障分析。

(5) 線路重合閘作為線路防雷的最后一道防線,應(yīng)積極采用。在這次可以統(tǒng)計(jì)的重合閘動(dòng)作情況看有兩次是兩相動(dòng)作,重合閘不動(dòng)作,一次是開(kāi)關(guān)遭雷擊,其余各次上看近兩年的重合閘成功率在90%以上。

2結(jié)束語(yǔ)

(1) 針對(duì)繞擊發(fā)生較多的情況,可考慮采取下述措施[10-11]:① 防雷設(shè)計(jì)方面宜將保護(hù)角控制在15°以內(nèi)。② 增大絕緣水平,但此項(xiàng)工作應(yīng)結(jié)合每基桿塔的實(shí)際,驗(yàn)算間隙距離。③ 桿塔間耦合地線應(yīng)用宜在檔距較大、半山坡、繞擊易擊區(qū)段等因地制宜安裝。④ 對(duì)于線路避雷器、可控放電避雷針的使用,由于其費(fèi)用較高,設(shè)計(jì)時(shí)不能完全考慮地形、氣候等因素,建議依靠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),雷電定位系統(tǒng)等綜合考慮。

(2) 降低桿塔接地電阻,提高桿塔耐雷水平。檢查記錄每個(gè)塔腿接地導(dǎo)通情況、接地電阻值和接地連接螺栓緊固情況,對(duì)避雷線半絕緣的,應(yīng)采用接地?fù)u表測(cè)量,放線方向盡量與線路垂直;對(duì)運(yùn)行超過(guò)20年及以上線路的桿塔接地裝置銹蝕情況應(yīng)抽樣開(kāi)挖檢查,抽樣比例按15～20基抽1基控制(注意提高耐張、進(jìn)線段桿塔抽樣比例),發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)適當(dāng)加大抽樣比例以進(jìn)一步確認(rèn)。開(kāi)挖檢查情況應(yīng)出具規(guī)范的報(bào)告(提供圖片資料,測(cè)量接地裝置截面大小)并存檔。

(3) 規(guī)范輸電線路雷擊調(diào)查及故障查找確認(rèn)工作,做好防雷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累工作。

〔參考文獻(xiàn)〕

[1]DL/T 620-1997，交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

[2]王慶軍,劉文海,鄭世玲.安徽500 kV線路雷擊跳閘原因分析[J].高電壓技術(shù)，2005，31(1)：85-86.

[3]路永玲,周志成,陶風(fēng)波,等.江蘇電網(wǎng)2014年輸電線路雷擊跳閘分析[J].江蘇電機(jī)工程，2015 ，34(51)：9-11.

[4]張文峰,彭向陽(yáng),豆朋,等.廣東雷電活動(dòng)規(guī)律及輸電線路雷擊跳閘分析[J].廣東電力.2014,27 (3):101-107.

[5]何健,張弓達(dá),徐陳華,等.雷電定位系統(tǒng)在輸電線路雷擊故障分析中的應(yīng)用[J].電瓷避雷器,2012(248):74-78.

[6]DL/T 5092-1999，110～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[7]王佳,王曉輝.輸電線路雷擊暫態(tài)效應(yīng)仿真分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,44(9):128-131.

[8]趙淳,陳家宏,谷山強(qiáng),等.山區(qū)復(fù)雜地形條件下輸電線路雷擊跳閘故障分析方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù),2011,35(12):136-141.

[9]吳凡,魯志偉,王藝霖,等.220 kV同塔雙回線路雷擊雙回同跳防雷改造[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2015,35 (3):6 -11.

[10]胡毅.輸電線路運(yùn)行故障的分析與防治[J].高電壓技術(shù),2007,33(3):1-8.

[11]趙淳，阮江軍，李曉嵐，等.輸電線路綜合防雷措施技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估[J].高電壓技術(shù),2011,37 (2):290-297.

收稿日期：2016-03-07

作者簡(jiǎn)介：王慶軍(1973-)，男，安徽金寨人，碩士，國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院高級(jí)工程師．

中圖分類號(hào)：TU895;TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0044-03