聶武夫 劉敏 閻雍

(湖南省岳陽(yáng)市氣象局 湖南岳陽(yáng) 414000)

1 雷擊事故實(shí)例

2019年8月7日18時(shí)29分52秒，位于岳陽(yáng)市云溪區(qū)的該化工企業(yè)35kV高壓線路受雷雨天氣影響，1#、2#主變跳閘，導(dǎo)致全廠供電中斷。企業(yè)控制系統(tǒng)顯示故障原因?yàn)镮回路A、B相、II回路C相發(fā)生短路，故障發(fā)生后，公司迅速組織人員開展故障巡查，在巡查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)35kV高壓線輸電線路10#桿塔、13#桿塔C相高壓電源浪涌保護(hù)器接地泄流線熔斷，疑似因雷電直接擊中高壓線，高壓電源浪涌保護(hù)器啟動(dòng)泄流，因雷電流強(qiáng)度過(guò)大使接地泄流線發(fā)生熔斷。

2 雷災(zāi)調(diào)查與鑒定過(guò)程

2.1 天氣形勢(shì)分析

8月7日08時(shí)700hPa低渦東移至重慶東部至湘西一帶，湘東及湘南地區(qū)為偏東氣流控制，長(zhǎng)江北岸為弱的偏北氣流，云溪區(qū)正處于偏北氣流和偏東氣流的交匯處，有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展。

2.2 地面氣象觀測(cè)分析

8月7日我市受東風(fēng)擾動(dòng)影響，我市云溪區(qū)18-20時(shí)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，并伴有強(qiáng)雷電以及雷暴大風(fēng)天氣，共出現(xiàn)暴雨3站（云溪水廠、牌樓、雙花水庫(kù)）；最強(qiáng)降水時(shí)段為18:00～19:00，最大降水量出現(xiàn)在云溪水廠（59.6mm），最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)團(tuán)結(jié)（43.2mm）。18時(shí)至20時(shí)2h內(nèi)云溪區(qū)域累計(jì)降雨量為59.6mm,達(dá)到暴雨級(jí)別，而降雨主要集中在18時(shí)至19時(shí)這一時(shí)段內(nèi)，降雨量達(dá)到35.3mm。

2.3 大氣電場(chǎng)資料分析

從臨湘大氣電場(chǎng)儀8月7日01時(shí)—24時(shí)要素曲線圖（圖略）可以看到，在第一階段隨著雷云中電荷的積累，電場(chǎng)值不斷增大，從12時(shí)開始電場(chǎng)曲線由平穩(wěn)逐漸出現(xiàn)快變抖動(dòng)；13時(shí)場(chǎng)強(qiáng)最高一度達(dá)到27.01kV/m，第二階段為雷暴爆發(fā)階段，隨著能量的積累，電場(chǎng)儀監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)雷云中電荷的累積已經(jīng)具備雷擊的條件；16時(shí)電場(chǎng)抖動(dòng)加劇，雷電過(guò)程開始逐漸活躍，由晴空大氣電場(chǎng)的正常值0.05kV/m左右躍至峰值32.3kV/m；第三階段為雷暴消退階段，22時(shí)雷暴過(guò)程結(jié)束后電場(chǎng)又迅速地恢復(fù)正常的變化，說(shuō)明帶電雷云已經(jīng)減弱或移出電場(chǎng)儀監(jiān)測(cè)范圍。

從永濟(jì)鄉(xiāng)大氣電場(chǎng)儀8月7日01時(shí)—24時(shí)要素曲線圖（圖略）可以看到，15時(shí)前雷云尚不在永濟(jì)鄉(xiāng)大氣電場(chǎng)儀監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，故數(shù)值一直很平穩(wěn)。自15時(shí)起雷云自臨湘市逐漸向云溪區(qū)發(fā)展，進(jìn)入其監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，電場(chǎng)曲線開始平穩(wěn)逐漸出現(xiàn)多次起伏，但場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值均不大，最大時(shí)僅為0.68kV/m，證明整個(gè)強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，雷云始終停留在其監(jiān)測(cè)范圍邊緣，而未向永濟(jì)鄉(xiāng)方向發(fā)展，換言之，這次雷暴天氣爆發(fā)的中心就在該化工企業(yè)區(qū)域，這也從另一方面證實(shí)了臨湘大氣電場(chǎng)儀和多普勒雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.4 閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)資料分析

根據(jù)湖南省氣象氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心專業(yè)專項(xiàng)科提供的閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),18:25～18:35發(fā)生故障線路周邊半徑5km范圍內(nèi)共監(jiān)測(cè)到閃電3條。

3 環(huán)境因素分析

3.1 接地電阻分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查并與企業(yè)電氣技術(shù)人員溝通了解，本次故障為I回線和II回線，主要涉及1#-13#桿塔，其中1#-7#桿塔為兩回線共用，其后分開架設(shè)。

近年來(lái)企業(yè)每半年組織對(duì)桿塔的接地裝置電阻進(jìn)行檢測(cè)，由最近一年各桿塔的防雷檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠得出，在不考慮測(cè)試誤差的前提下，除2#塔外，所有桿塔的接地電阻均小于10.0Ω，符合規(guī)范要求。

3.2 致災(zāi)因子分析

本次閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的3條閃電數(shù)據(jù),其閃電強(qiáng)度按時(shí)間順序依次是79.57kA、111.61kA、79.51kA，均為正地閃，平均強(qiáng)度為90.2kA。

根據(jù)中國(guó)氣象局發(fā)布的全國(guó)正閃平均強(qiáng)度分布來(lái)看，湖南地區(qū)絕大部分正閃強(qiáng)度均小于70kA，而此次監(jiān)測(cè)到的3條閃電數(shù)據(jù)數(shù)值均為90.2kA，反映了此次雷暴異常劇烈，電流強(qiáng)度大。

分析我國(guó)雷電流幅值概率能夠得出，幅值超過(guò)70kA的雷電流出現(xiàn)的概率為18%左右，超過(guò)100kA的更是稀少，而此次短時(shí)雷暴過(guò)程中監(jiān)測(cè)到故障線路周邊20km范圍內(nèi)21條閃電中，有11條超過(guò)了70kA，占比52%，4條超過(guò)了100kA，占比19%，均遠(yuǎn)高于統(tǒng)計(jì)比例。作為內(nèi)陸地區(qū)而言，其雷電流強(qiáng)度是劇烈異常的。此外，監(jiān)測(cè)到的3條閃電強(qiáng)度也大大超過(guò)岳陽(yáng)地區(qū)平均正閃強(qiáng)度51.77kA，平均強(qiáng)度是正閃強(qiáng)度均值的174%。

3.3 孕災(zāi)環(huán)境分析

電力系統(tǒng)中，輸電線路架設(shè)高度大、線路長(zhǎng)度長(zhǎng)，且又暴露在曠野中，容易遭受雷擊，電力系統(tǒng)的雷害事故大部分都是由于線路遭受雷擊而引起的。從現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況看，故障線路滿足以上孕災(zāi)環(huán)境條件，且山區(qū)具有地質(zhì)構(gòu)造活躍，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地貌類型多樣，地質(zhì)條件復(fù)雜、植被覆蓋密度大等特點(diǎn)，且輸變電線路多穿行于叢林和道路沿線之間。因此，一旦有雷暴天氣發(fā)生，易發(fā)生雷電災(zāi)害。

3.4 剩磁測(cè)試分析

2019年8月10日（故障發(fā)生3d后），技術(shù)人員對(duì)各桿塔的金屬部件使用K-2020B剩磁測(cè)試儀進(jìn)行了剩磁強(qiáng)度測(cè)試。

通過(guò)剩磁變化曲線我們可以發(fā)現(xiàn)，曲線呈“兩波峰三波谷”特征，剩磁在3#桿塔達(dá)到第一個(gè)波峰，兩側(cè)剩磁依次遞減，10#桿塔處存在第二個(gè)波峰，兩側(cè)剩磁同樣依次遞減。

根據(jù)閃電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合沿線桿塔剩磁特征，可作出以下推論：⑴雷擊方式傾向于雷電直接雷擊電力線路而非雷電擊中電力設(shè)施附近引起的雷電感應(yīng)損害。理由：如雷電擊中電力線路附近，則與該線路并行的另一路電力設(shè)施幾乎不可能不受閃電感應(yīng)影響且現(xiàn)場(chǎng)勘查過(guò)程中也未發(fā)現(xiàn)附近有落雷跡象。⑵雷擊點(diǎn)可能是擊中相線而非擊中避雷線引起閃絡(luò)雷擊。理由：如雷電直接擊中避雷線，避雷線沿雷擊點(diǎn)兩側(cè)桿塔泄流，則雷擊點(diǎn)兩側(cè)桿塔均應(yīng)具有明顯的剩磁特征，這與測(cè)試結(jié)果不相符。⑶雷擊點(diǎn)可能位于3#桿塔附近高壓輸電線路且靠近3#桿塔位置。理由：如雷擊點(diǎn)更靠近2#桿塔，而2#桿塔裝設(shè)有高壓避雷器，避雷器以塔體作為泄流通道，其剩磁值應(yīng)大于3#桿塔測(cè)試的剩磁值，這與測(cè)試結(jié)果不符。若雷擊點(diǎn)更靠近4#桿塔，則4#桿塔剩磁值應(yīng)大于3#桿塔，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，4#桿塔剩磁值小于3#桿塔。⑷考慮到10#桿塔的剩磁值突出，且具有明顯的兩側(cè)剩磁依次遞減特征，但10#桿塔高壓電源避雷器泄流為專用引下線，測(cè)試的其它桿塔避雷器泄流均通過(guò)桿塔自身鋼架泄流，考慮到雷電流泄流分流系數(shù)等因素，可能造成10#桿塔避雷器專用引下線剩磁較高。⑸雷電對(duì)于架空輸電線路的（反擊、繞擊或感應(yīng)）作用，都會(huì)使線路上出現(xiàn)過(guò)電壓，從而可能導(dǎo)致雷害事故。作為輸電線路本身最關(guān)鍵還是線路遭受雷擊時(shí)，其絕緣是否會(huì)遭到破壞而發(fā)生火花放電，亦即閃絡(luò)。雷擊輸電線路，線路絕緣不會(huì)發(fā)生閃入的最大電流幅值（以kA為單位）稱之為耐雷水平。低于耐雷水平的雷電流擊于線路時(shí)不會(huì)引起閃絡(luò)，反之則必然發(fā)生閃絡(luò)。

雷擊大地時(shí)，雷擊點(diǎn)的自然接地電阻較大，雷電流幅值一般不會(huì)超過(guò)100kA。實(shí)測(cè)表明，感應(yīng)過(guò)電壓一般不超過(guò)50kV，這對(duì)于35kV及以下的水泥桿線路，可能會(huì)引起一定的閃絡(luò)事故。本次閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的3條閃電的閃電強(qiáng)度79.57kA、111.61kA、79.51kA均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了35kV輸電線路的理論耐雷水平，因此可能引發(fā)線路閃絡(luò)。