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        220 kV鳳丹2號線雷擊跳閘分析

        2018-02-22 04:36:50姜常勝劉明慧鄭維剛朱義東
        東北電力技術 2018年12期
        關鍵詞:流幅雷害鳳丹

        姜常勝,劉明慧,鄭維剛,朱義東

        (1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院,遼寧 沈陽 110006;2.國網(wǎng)丹東供電公司,遼寧 丹東 118000)

        雷害是線路跳閘的主要因素之一,歷年遼寧省內(nèi)220 kV線路跳閘故障中繞擊雷普遍多于反擊雷[1]。220 kV鳳丹2號線在某一年內(nèi)發(fā)生10起跳閘,跳閘率達到21.7次/(100 km·a),在省內(nèi)輸電線路雷擊跳閘事故中較少見。220 kV鳳丹2號線長45.913 km,共111基鐵塔,其中98—111號與鳳丹1號線并架。單回線部分主要為貓形塔,雙回部分主要為鼓形塔。其直線塔絕緣配置為合成絕緣子上加裝一片大傘裙玻璃絕緣子。懸垂絕緣子串長為2 150 mm。

        1 鳳丹2號線跳閘情況

        從發(fā)生10次跳閘的9基塔(50號塔重復落雷)地形情況、雷電流幅值、耐雷水平以及閃絡痕跡觀察來看,應為3次繞擊跳閘,7次反擊跳閘。這與“山區(qū)線路發(fā)生繞擊跳閘的概率高于反擊跳閘率”的說法不相符。

        當一基桿塔遭受雷擊發(fā)生1相跳閘、雷電流幅值小于線路反擊耐雷水平,而大于線路繞擊耐雷水平時,通常認為發(fā)生了繞擊跳閘[2],即50號塔C相跳閘和95號塔跳閘是繞擊的可能性非常大。而41號塔從閃絡痕跡來看,存在由高壓側(cè)向低壓側(cè)發(fā)展的痕跡,其線路沿山坡方向行走,并且雷電主放電點距桿塔3.94 km,綜合分析很可能為繞擊雷害。這三起雷電流幅值較大,為-92.7 kA以上,一般發(fā)生繞擊的可能性較小。

        通常當一基桿塔遭受雷擊后發(fā)生兩相及兩相以上同時跳閘可認為是反擊雷害,同時伴隨著雷電流幅值大于線路反擊耐雷水平時,幾乎能夠確認為反擊跳閘,以此判斷53號、56號、79號和102號塔(其雙回同時跳閘)共4起反擊跳閘。

        其余3起跳閘其雷電流幅值大于線路反擊耐雷水平,其所處山地地形存在反擊的可能性,閃絡痕跡也疑似反擊等綜合確定為反擊雷害。

        經(jīng)過分析,并非繞擊跳閘次數(shù)大于反擊跳閘次數(shù),主要是反擊耐雷水平計算存在一定難度,并且影響計算結果的因素較多,運維單位大多未進行詳細核算,其次實際工作中往往依靠經(jīng)驗進行分類,再有由于設計或運維原因?qū)е戮€路的耐雷水平不高。主要情況詳見表1。

        2 雷擊跳閘因素分析

        2.1 跳閘故障與地形分析

        220 kV鳳丹2號線這10個故障桿塔中,只有50號塔為跨山坡行走,從耐雷水平、雷電流幅值、閃絡痕跡及所處地形來看,應該是1次繞擊1次反擊;爬山坡行走的1基為41號塔,從耐雷水平、雷電流幅值(-100 kA,距離為3 940 m)、閃絡痕跡及所處地形來看,應該是1次繞擊;跨山脊的2基,分別為53號塔和102號塔,2次均為反擊;處于突兀山頂?shù)?基,分別為40號、56號、67號、79號和95號塔,均為反擊。通過分析得出如下結論。

        a.處于突兀山頂?shù)蔫F塔既易發(fā)生反擊又易發(fā)生繞擊,相對來說,發(fā)生反擊概率略大些。其原因有兩個,一是處于山頂上桿塔的土壤電阻率相對較高,接地電阻值也相對較高,本次發(fā)生雷擊跳閘的桿塔接地電阻值均在15 Ω以上;二是桿塔處于山頂時,導線往往跨越山谷,導線對地距離較大。以上兩個原因?qū)е路磽裟屠姿较鄬^低。在分析56號塔反擊時,按通常條件計算該塔不應發(fā)生反擊,后經(jīng)核實斷面,發(fā)現(xiàn)其跨越山谷,當實際導線對地距離進行計算時,其耐雷水平就小于雷電流幅

        值,可能發(fā)生反擊。同時,由于其兩側(cè)暴露,地面傾斜角相對較大,也易遭繞擊。但從統(tǒng)計情況來看,反擊次數(shù)更多。

        b.跨越山脊的線路發(fā)生反擊的概率大,繞擊發(fā)生的可能性相對較小,主要是由于桿塔兩側(cè)地面傾斜角較小所致。

        c.處于山坡上的線路發(fā)生繞擊的概率大,反擊次之。主要是由于桿塔下山坡側(cè)地面傾斜角較大,相對比較暴露。

        2.2 地閃次數(shù)與跳閘之間關系

        跳閘24 h內(nèi),距桿塔2 km范圍內(nèi)對跳閘次數(shù)進行統(tǒng)計,并與跳閘情況進行對照,得出結論:對于某一特定時間段內(nèi),地閃次數(shù)與跳閘次數(shù)之間無明確對應關系。如果選取樣本足夠多時,地閃次數(shù)與跳閘次數(shù)存在正相關性。

        6月3日102號塔反擊時的地閃情況如圖1所示。共發(fā)生了214次地閃,地閃次數(shù)最多的是80號塔附近51次(大于75 kA的雷電流只有1次);其次是90號塔附近47次(大于75 kA的雷電流有7次);100號塔附近28次(大于75 kA的雷電流只有4次),發(fā)生1次跳閘。

        圖1 6月3日14時—16時地閃地區(qū)分布情況

        表1 鳳丹2號線雷擊跳閘情況統(tǒng)計

        8月12日40號塔反擊時的地閃情況如圖2所示。共發(fā)生了157次地閃,其中,地閃次數(shù)最多的是10號塔附近83次(大于12 kA的雷電流有68次);其次是40號塔附近34次(大于12 kA的雷電流有29次),發(fā)生1次跳閘。

        圖2 8月12日40號塔反擊時的地閃情況

        全部發(fā)生10次跳閘時間段地閃情況進行統(tǒng)計如圖3所示。排名前5名的40號—80號塔均發(fā)生雷擊跳閘。

        圖3 10次跳閘合計地閃次數(shù)分布圖

        從統(tǒng)計結果來看,通過研究雷電的活動規(guī)律來研究線路跳閘,防護措施效率可能不高,不如提高線路本體耐雷水平。

        2.3 雷電流幅值分布與跳閘之間關系

        從雷電流幅值分布情況來看,無明確對應關系,如圖4所示,小于12 kA的占總數(shù)20%,12~75 kA的占總數(shù)75%,大于75 kA的占總數(shù)5%。從概率角度來看,發(fā)生繞擊跳閘的概率相對高一些。

        圖4 雷電流幅值分布圖

        2.4 雷擊跳閘因素分析

        通過分析該線路地閃分布情況和跳閘分布情況,在統(tǒng)計雷電故障分布和防雷工作布置方面有以下幾點:

        a.能夠構成反擊跳閘的地閃所占比例較低,按桿塔分布在2%~21%,總體比例為6%;理論上造成繞擊的概率較高,但從實際情況來看,反擊跳閘比繞擊跳閘高,說明運維單位應該提高線路反擊耐雷水平,以降低跳閘率。

        b.線路雷擊跳閘與地閃分布具有一定相關性,一般地閃次數(shù)增加時,線路跳閘的幾率增高,但無線性對應關系。

        c.可以通過對地閃、跳閘、線路本體、所處環(huán)境方面綜合考慮確定相對合理的雷電易擊區(qū),以提高防雷工作的針對性。

        3 存在的主要問題

        3.1 管理方面

        各單位在雷害風險評估方面還需加強。目前,國內(nèi)外在計算耐雷水平和跳閘率方面的主要方法有規(guī)程法(通常采用的方法)、暫態(tài)計算法、幾何模型法(又稱擊距法)和先導發(fā)生法。各種方法的計算結果和實際發(fā)生跳閘的情況均存在差異。

        在綜合評估線路預期方面還需加強。例如,設計中為了降低造價,采用高塔跨樹設計,降低了耐雷水平。還有標準DL/T 620 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中要求220 kV線路耐雷水平不宜低于75~110 kA,但對于雙線路,應不宜取下限配置。

        3.2 設計方面

        首先還存在缺乏防雷設計的問題,設計中未能給出耐雷水平、跳閘率計算。其次,差異化設計還需加強。例如,鳳丹雙回線多處于山區(qū),污穢等級不高,可能發(fā)生的主要跳閘形式應為雷擊和冰閃,而合成絕緣子的強項為防污閃,弱項為防雷擊和冰閃,如此配置并不適合。

        3.3 運維方面

        標準化作業(yè)執(zhí)行得不夠嚴格,存在布線長度不足、測試方法不規(guī)范、未考慮季節(jié)系數(shù)以及未能將接地電阻與土壤電阻率進行認真比對等問題,提高專業(yè)人員業(yè)務水平的同時,落實規(guī)范化作業(yè)到位。

        4 防護措施

        4.1 管理方面

        省內(nèi)應開展雷害風險評估工作。對新建和改造項目進行耐雷水平及雷擊跳閘率計算,提高線路抵御雷害的能力及防雷工作的針對性。還有應加強全過程技術監(jiān)督工作。使從規(guī)劃設計到運檢管理的全過程符合規(guī)范、標準和制度的要求。避免因管理問題帶來線路抵御自然災害能力降低。加強職工業(yè)務培訓,提高接地電阻測試工作質(zhì)量。

        4.2 技術方面

        認真開展差異化防雷設計,提高線路耐雷水平,降低線路跳閘率。可能應對該線路進行絕緣調(diào)整,提高50%。如搖擺角允許,可考慮增加絕緣子數(shù)量。同時進行接地電阻改善,降低接地電阻,架設耦合地線,提高耦合系數(shù),有針對性地安裝線路避雷器等方法避免雷害故障。

        通過對本線路耐雷水平、雷電流幅值、地閃密度、地形等影響因素進行了綜合分析,可以看出針對220 kV線路提高線路反擊雷耐雷水平能夠有效降低線路跳閘率,結合提高差異化防雷工作準確性,豐富現(xiàn)有防雷措施,以達到減少類似雷擊故障發(fā)生的目的。

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