铜陵电网输电线路雷击故障分析及措施

2013-12-19任寅平吴小邦

宿州学院学报 2013年5期

任寅平，吴小邦，施伟

铜陵供电公司运行检修部，安徽铜陵，244000

铜陵地区地处长江中下游，是典型的亚热带季风气候区，在众多的山地丘陵中，含有铜、铁、黄金等多种金属矿产，年平均雷暴日为40天，雷电活动频繁。铜陵地区毗邻长江，河流、湖泊等水系较多，境内高山、丘陵连绵起伏，输电线路雷击跳闸故障较多。从2010年开始，铜陵供电公司采取综合防雷措施，有效地遏制线路雷击跳闸。

1 雷电跳闸分析

2008～2012年，铜陵电网110～220 kV输电线路共发生雷击跳闸12次，占跳闸总数28.6%，跳闸次数仅次于线路外破跳闸，其中反击8次，绕击4次。在历次线路雷击跳闸中，绕击多发生在山区或杆塔较高的线路段；反击主要是由接地电阻过大或雷电流太强等因素造成。结合历次线路雷击跳闸，分析影响线路雷击故障的因素。

1.1 影响线路绕击的因素

国内外普遍采用电气几何模型分析输电线路的绕击跳闸，在电气几何模型分析中(图1)，影响导线绕击暴露弧BC的参数有保护角α、地面倾角θ、导地线对地距离、地线与导线间距离等因素。近5年中，线路绕击4次，其中3次为220 kV线路跳闸，1次为110 kV线路跳闸；从绕击占线路雷击跳闸总数比重来看，220 kV线路雷击跳闸5次，绕击3次，占60%，110 kV线路雷击跳闸7次，绕击1次，占14.3%。220 kV线路杆塔高度、导地线对地距离、地线与导线间距离都大于110 kV线路，导致220 kV线路绕击率远大于110 kV线路。

1.1.1 保护角和杆塔高度

保护角和杆塔高度是影响绕击的重要参数。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(L/T 620-1997)规程[1]的经验公式，计算出不同杆塔高度的绕击率随保护角而变化的曲线(图2)。从图2中可以看出，在负保护角时，线路绕击率接近零，而随着保护角的变大，绕击率显著增大。图2还显示，杆塔高度越高，线路绕击率也越高。

图1 输电线路的电气几何模型

图2 220 kV线路调爬对线路耐雷水平的影响

1.1.2 地线与导线间距离

分析电气几何模型可知，导线暴露弧受到地线和地面共同作用，地线与导线距离越远，导线暴露弧越大，线路绕击率越高。220 kV线路绕击跳闸率远高于110 kV线路绕击跳闸率，以及近来双回路鼓型塔中相易受绕击，地线与导线间距离是重要因素。

1.1.3 地形对绕击率的影响

输电线路在山区，经过的地形主要有平地、沿坡、山顶、山谷、爬坡、跨沟6类，分析电气几何模型可知，影响线路绕击率的地形有沿坡、山顶和跨沟三类。沿坡地形线路的下坡侧，山顶地形线路的两侧，其坡度构成电气几何模型中的地面倾角，显然，有地面倾角的一侧，地面对导线的屏蔽作用减弱，更容易发生绕击；在跨沟地形中，档距中间导地线离地面距离过大，地面的屏蔽作用减弱，绕击率上升[2]。

1.2 影响线路反击的因素

当雷击塔顶或地线，雷电流超过杆塔的耐雷水平时，就会引起绝缘子闪络，导致线路反击跳闸。根据反击耐雷水平计算公式，影响杆塔耐雷水平的因素有杆塔接地电阻、绝缘配置、塔头形式等。

2 线路防雷措施及效果分析

2.1 改善接地电阻

降低杆塔接地电阻是提高线路反击耐雷水平，减少线路反击跳闸的主要措施。在2010年接地普测中，接地电阻不合格的杆塔占总比10.2%。为提高线路反击耐雷水平，公司主要通过采取扁铁、加深埋深、延长接地体、换土等物理降阻法，有效改善杆塔接地电阻。以220 kV Z1型铁塔为例，计算不同的接地电阻情况下各自的耐雷水平，见表1。超过半数不合格接地电阻超过50 Ω，通过改造后，接地电阻降至10 Ω，其耐雷水平提高62.5%。

表1 Z1型铁塔边相反击耐雷水平与接地电阻的关系

注：P1为雷电流超过耐雷水平的概率。

2.2 提高绝缘配置

线路绝缘配置的提高，绝缘子的50%雷电冲击放电电压值随之提高，使得线路耐雷水平上升。

绝缘子的50%雷电冲击放电电压值受到绝缘子表面污秽程度的影响，根据有关资料表明，对于污秽较重的绝缘子，其雷电冲击水平会有明显下降，一般可下降6%～10%，最严重时可下降15%～35%。公司每年对污秽绝缘子进行更换，在避免线路污闪的同时，也有效地提高线路反击耐雷水平。

2.3 减小线路保护角

线路保护角是影响线路雷击绕击的重要因素，近几年投运的线路从设计上充分考虑到线路防雷需求，减小了地线保护角，部分杆塔采取零保护角，大大提高了线路防绕击能力。

2.4 安装氧化锌避雷器

氧化锌避雷器用于输电线路的防雷，具有非常好的效果，不仅能明显提高线路的反击耐雷水平，还能够在雷击导线时，通过泄流而保护绝缘子免遭闪络，有效地防止线路绕击故障[3]。

安装避雷器最大的弊端在于成本太高。为使得安装更科学、经济，铜陵供电公司在安装避雷器时遵循以下原则：

(1)对有雷击记录的杆塔，一律安装避雷器。

(2)结合雷电定位系统，对没有雷击跳闸记录，但落雷密度大，反击耐雷水平低的杆塔，可根据现场实际安装避雷器，提高线路反击耐雷水平。

(3)对山区处于沿坡、山顶和跨沟地形的线路，计算出绕击率高的杆塔，在沿坡的外边坡侧、山顶的两侧、跨沟的两侧安装避雷器；杆塔较高，周围有水系的杆塔，两边相安装避雷器。

2.5 安装导体消雷器

铜陵供电公司安装导体消雷器时间较长，积累了较多经验，自1996年以来，共计安装94套。前期，在35～110 kV线路上使用效果明显。但消雷器保护范围有限，保护角为83.5°～83.7°，在档距较大的线路段，杆塔上消雷器不能完全保护导地线，超出消雷器保护范围，2012年10月22日，2889线68#塔发生绕击跳闸。