孟昭顯，胡曉黎，戴衛(wèi)華，付廣學，段玉兵，張皓

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南，250002；2.國網(wǎng)山東省電力公司臨清市供電公司，山東臨清，252600）

0 引言

本文重點對某省電網(wǎng)近五年220kV線路雷擊故障進行了統(tǒng)計分析，從而找出了某省電網(wǎng)輸電線路雷擊故障特點，本文總結(jié)出了雷擊故障原因及存在的問題，并列舉了典型雷擊線路治理案例，提出了有效的防雷措施及對策。

1 某省電網(wǎng)近5年雷擊故障基本情況

1.1 雷擊故障情況

某省電網(wǎng)近5年管轄220kV線路雷擊跳閘率分別為0.082、0.128、0.148、0.055和0.122次/百公里·年，2013年220kV線路雷擊跳閘率最高，為0.148

次/百公里·年。小于架空輸電線路運行規(guī)范規(guī)定的0.315次/百公里·年。該指標近5年均未超規(guī)范規(guī)定。

1.2 線路分布情況

根據(jù)統(tǒng)計分析，220kV線路發(fā)生重復跳閘的共15條，這些線路大部分雖已在易擊段安裝了避雷器。但未按照差異化的防雷思路對線路的接地電阻、加裝側(cè)向避雷針等影響防雷的重要因素進行整改，造成重復跳閘。

1.3 時間區(qū)域分布情況

從時間分布上看，雷擊跳閘主要集中在6到8月。按照故障桿塔所處的地域進行分類，近5年，該省中部丘陵和中部山區(qū)雷擊跳閘次數(shù)最多，分別是24和19次。

2 某省電網(wǎng)近五年220kV架空線路故障停運情況

2.1 雷擊跳閘類型

102次線路雷擊跳閘中，除17次是反擊跳閘外，繞擊跳閘有85次，占比達83.3%。考慮到線路中單回塔數(shù)量較雙回塔多，故同塔雙回繞擊跳閘率高于單回。

2.2 雷擊故障桿塔所處地形特點

位于山區(qū)的桿塔發(fā)生雷擊跳閘率較高。線路雷擊故障桿塔所處地形為平地的占40.2%，所處地形為山區(qū)的占59.8%。

2.3 繞擊故障與桿塔保護角的關(guān)系

線路保護角越大發(fā)生繞擊跳閘的概率越大，保護角10°及以上的線路跳閘數(shù)占跳閘總數(shù)的63.5%。一般情況下，在發(fā)生雷電時，往往伴有大風等惡劣天氣，使輸電線路和避雷線的保護角易發(fā)生變化。同時，山區(qū)輸電設(shè)備由于山坡地形的影響會引起線路邊導線保護范圍的變化，邊坡角度的加大會引起屏蔽失效的區(qū)間增大，位于山區(qū)的線路,一般檔距較大，檔距中央導線受避雷線保護的區(qū)域變小，即失效區(qū)變大。

2.4 雷擊故障與桿塔接地電阻的關(guān)系

102次線路雷擊跳閘中，17次是反擊跳閘，反擊跳閘中由于桿塔接地電阻不合格造成跳閘14次，占比82.35。

2.5 地理特征

某省的兩個地市分別處于中部山區(qū)和中部丘陵，是該省雷擊跳閘最多的兩個地區(qū)。從某省雷區(qū)分布圖可以看出這兩個地市絕大部分地區(qū)處于多雷區(qū)，繞擊和反擊雷害風險都在Ⅲ級，甚至部分地區(qū)達到Ⅳ級。近5年某省平均地閃密度為2.10次/平方公里 年，這兩個地市的地閃密度分別為2.43和3.10次/平方公里 年，均超出了某省平均地閃密度。另外，處于中部山區(qū)的該地市土壤中金屬含量較高，也是容易引雷的一個重要原因。

3 某省電網(wǎng)220kV線路雷擊故障特點

3.1 山區(qū)線路故障率高

山區(qū)線路由于特殊的地理環(huán)境，成為雷擊的易擊區(qū)段。位于上頂?shù)臈U塔易遭雷直擊，加上桿塔接地電阻偏高，容易造成反擊。位于山坡上的桿塔，由于地面傾角使靠近坡底的邊相保護角增大，導致避雷線保護失效而對導線產(chǎn)生繞擊。另外，在兩山峰之間易形成大跨越段，線段下方為幾十米的深溝，易形成風口；同時，兩檔距較大，導線弧垂大，風偏嚴重，在大風情況下，避雷線失去對導線的保護，雷電繞擊導線檔距中央，形成雷電行波在線路絕緣相對較弱的桿塔絕緣子處發(fā)生擊穿，導致線路跳閘。

3.2 山區(qū)線路保護角取值偏大

山區(qū)輸電線路由于山坡地形變化會引起線路避雷線保護范圍的變化，斜山坡地形會引起屏蔽失效的區(qū)域增大。根據(jù)近年來輸電設(shè)備雷擊跳閘情況分析，山區(qū)線路由于雷電繞擊引起的跳閘的較多，而保護角取值較大或未隨地形進行改進是造成屏蔽失效的主要原因。

3.3 山區(qū)桿塔接地電阻取值較高

對于同一電壓等級的架空輸電線路，隨著桿塔接地電阻的增加，雷擊塔頂時塔頂電位升高程度增加，絕緣子承受過電壓增加，特別是運行多年且未得到良好維護的線路就顯得更為突出。污穢較重的絕緣子，其雷電沖擊水平會有明顯下降，一般可下降6%-10%。最嚴重時可下降15-35%。線路的反擊耐雷水平嚴重下降。雷擊跳閘率顯著增加。

4 某省電網(wǎng)220kV線路防雷主要對策

4.1 影響繞擊的因素分析及主要對策

圖1

根據(jù)模擬試驗與運行經(jīng)驗, 繞擊率Pa即繞擊概率與避雷線對導線外側(cè)的保護角α、桿塔高度h以及沿線路的地形地貌地質(zhì)條件有關(guān), 可按以下近似公式計算:

有上式可知, 影響繞擊的因素主要是依賴于線路的設(shè)計水平，在線路運行中整改的難度較大，經(jīng)過實踐，有效的方法是在線路上加裝可控放電避雷針或側(cè)向避雷針，可控放電避雷針的原理是使主針針頭電場發(fā)生畸變，誘發(fā)雷電上行先導，攔截雷電下行先導，保護導線免遭雷擊。側(cè)向避雷針主要是通過在桿塔或地線上安裝水平測針，以增強桿塔和地線吸引弱雷的能力，增加雷擊保護范圍，降低線路繞擊率。

某省山區(qū)220kV線路，雷擊故障后對現(xiàn)場進行勘察，該線路的保護角在設(shè)計規(guī)程范圍內(nèi)，接地電阻經(jīng)測量滿足接地要求，但仍然發(fā)生繞擊故障，經(jīng)過對線路加裝塔頭和架空地線側(cè)向避雷針，線路運行良好。

4.2 影響反擊的因素分析、典型線路舉例及主要對策

4.2.1 影響反擊的因素分析

雷電塔頂反擊時的耐雷水平:

I =U50%/ (bRj+ bLgt/2.6+ hd/2.6)(1-k)從上式可以看出，反擊耐雷水平與導、地線間的耦合系數(shù)k、桿塔分流系數(shù)β、桿塔沖擊接地電阻Ri、桿塔等值電感Lgt以及絕緣子串的50%沖擊放電電壓等諸多因素有關(guān)。但在實際工程中, 往往以降低桿塔沖擊接地電阻作為提高線路耐雷水平的主要手段。

4.2.2 典型線路舉例及主要對策

該省2015年4月某位于山區(qū)的220kV線路兩套縱聯(lián)保護動作，B相跳閘，重合成功。故障時間該區(qū)域雷電活動強烈，通過對雷電智能監(jiān)測系統(tǒng)進行查詢，該線路87#-88#觀測落雷100.1kA，運行單位故障巡線發(fā)現(xiàn)#88塔B相合成絕緣子上、下均壓環(huán)均有燒傷痕跡，檢查接地引下線與塔腳接觸點均無放電燒傷痕跡，導、地線無損傷。該線路88#塔位于山坡上，周圍比較空曠，并且故障相為外邊坡側(cè)邊相，故障地形屬于典型的山峰外側(cè)線路。綜合以上分析，并經(jīng)運行支撐單位專家最終認定，此次故障是因雷雨天氣，接地電阻不合格，反擊造成絕緣子上、下均壓環(huán)空氣間隙擊穿導致，本次雷擊故障為雷電反擊。

圖2

雷電流幅值超過桿塔設(shè)計耐雷水平是本次線路雷擊跳閘的主要原因?！督涣麟姎庋b置的過電壓保護和絕緣配合》規(guī)定：220kV桿塔接地電阻15Ω時，桿塔對應(yīng)耐雷水平為76kA，山區(qū)線路跳閘率允許值為0.95次/百公里·年。本次線路跳閘，雷電流幅值為-100.1kA，而實測接地電阻為24Ω，超過該桿塔設(shè)計耐雷水平。這是導致本次線路跳閘的直接原因。

從圖中可以看出，桿塔周圍石頭多，僅有極少量土，很大程度上影響了接地電阻的進一步降低。當桿塔接地裝置不能符合規(guī)定電阻時，針對周圍的環(huán)境條件、土壤和地址條件，應(yīng)因地制宜，結(jié)合局部換土、電解離子接地系統(tǒng)、擴網(wǎng)、引外、利用自然接地體、增加接地網(wǎng)埋深、垂直接地極等降阻方法的機理和特點，進行經(jīng)濟技術(shù)比較，選用合適的降阻措施。

對經(jīng)常遭受反擊的桿塔在進行接地電阻改造時，每基桿塔不連避雷線時的工頻接地電阻，在雷季干燥時應(yīng)小于表1所列數(shù)值。

表1

針對土壤電阻率較高的情況，運行部門經(jīng)過對故障現(xiàn)場周圍進行勘察，決加裝接地模塊，經(jīng)過反復勘察，在方圓200米內(nèi)選擇了4個最佳地點裝設(shè)接地模塊，裝設(shè)過程中砸入鋼釘，連接的圓鋼全部挖溝埋設(shè)。進過治理，該線路近幾年未發(fā)生由于反擊造成的雷擊故障。

5 結(jié)束語

本文在分析某省電網(wǎng)近五年220 千伏線路雷擊故障的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了雷擊故障特點。本文針對故障特點進行了詳細分析，給出了有效的解決對策，并列舉了典型雷擊線路治理案例，為以后的雷擊故障治理工作提供了重要參考。