减少通化电网输电线路雷击跳闸故障的措施

苏 新，郭 鑫

（国网吉林通化供电公司，吉林 通化 134001）

雷击是引起输电线路跳闸故障，影响输电线路安全稳定运行的重要因素之一。吉林省通化地区2/3以上的面积为山区，属中温带湿润气候区，年平均雷暴日为36.7 天，雷电活动频繁。在阴雨天气下，雷云容易集中在山区内部，加上线路多数顺山脊延伸，线路极易遭受雷击。从2004至2013年10年统计的220kV 线路跳闸故障来看，雷击故障占输电线路总故障率的89.2%。可见，雷击故障影响输电线路安全运行日益显著，积极探索输电线路防雷措施对于保障电网安全运行至关重要。

1 雷击跳闸统计

输电线路的雷击类型按照雷击输电线路的部位不同，可划分为感应雷过电压和直击雷过电压。目前，66kV 及以上等级的高压输电线路普遍装设了架空接地线，使输电线路发生感应雷过电压而跳闸的概率明显降低。直击雷过电压跳闸故障分为3种情况，即雷击杆塔塔顶引起反击而跳闸（称为反击），雷击避雷线档距中央和雷电绕过避雷线直击于导线（称为绕击）［1］。通化电网的高压输电线路运行经验表明，在档距中央由于雷击避雷线引起跳闸事故是极为罕见的，跳闸事故普遍为反击和绕击造成的。通化地区220kV 线路2004至2013年雷击跳闸故障统计见表1。

2004至2013年，通化电网220kV 输电线路共发生12次雷击跳闸，其中2012年，线路雷击跳闸率达到0.615次/（100km·a），高于《国家电网公司输变电设备防雷工作管理规定》的0.315 次/（100 km·a）的要求。

2 雷电反击分析及改造

2.1 雷电反击分析

当雷击杆塔塔顶或避雷线时，线路绝缘上电压的幅值会随着雷电流的增大而增大，当线路绝缘上电压大于绝缘子串冲击闪络电压时，绝缘子串将发生闪络，导致输电线路反击跳闸［2］。杆塔反击时的耐雷水平可以用式（1）来计算。

表1 通化地区220 kV线路雷击跳闸故障统计

式中：II为雷击杆塔的耐雷水平；U50%为绝缘子串的冲击闪络电压；k为导线地线间的耦合系数；β为分流系数；Rcj为接地电阻；Lgt为杆塔等效电路电感；hd为导线悬挂的平均高度。

从式（1）可知，雷击杆塔时的耐雷水平与β、Lgt、Rcj、k和U50%有关。在输电线路运行过程中，往往以降低Rcj和k作为提高耐雷水平的主要手段。

2.2 技术改造

由于通化地处山区，土壤电阻率相对较高，普通的钢材料型接地对降低杆塔接地电阻效果并不是很好，采用下设接地模块、合金接地体改造以及对杆塔区域进行土壤更换的方式来减小杆塔接地电阻。2012年，对220kV 长郑线进行合金接地体改造，有效降低了杆塔的接地电阻，图1为利用Matlab分析得出的接地电阻改造前后输电线路反击耐雷水平的变化情况，可见线路的反击耐雷水平明显提高。

提高k可以减少绝缘子串上电压和减少感应过电压，因此同样可以提高耐雷水平。常用措施是将单避雷线改为双避雷线，或在导线下方增设架空地线（称为耦合地线），其作用是增强导线、地线间的耦合作用，同时也增加了地线的分流作用。通化公司所辖220kV云水线9号至49号区段位于原始山区，山高林大，先前多次发生雷击，2012年安装架空耦合地线后，雷击情况明显减少，防雷效果较为明显。

图1 接地电阻改造前后杆塔反击耐雷水平的变化情况

3 雷电绕击分析及防范措施

3.1 雷电绕击分析

通化电网的雷击跳闸事故的统计数据表明，83%以上的跳闸事故均为雷电绕击线路引起的。而其中故障杆塔高度超过30 m 的占83%，故障发生地点处于山谷或山顶的占66%，可见在地线保护角确定的情况下，杆塔高度和地形是影响线路绕击率的重要参数。DL/T 620—1997《电力设备过电压保护设计技术规程》中用以下公式计算山区雷击杆塔绕击率Pa：

式中：h为杆塔高度；a为避雷线对边导线的保护角。

根据此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见图2。从图2 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。图中还显示，杆塔高度越高，线路绕击率也越高。

图2 绕击率与杆塔保护角、杆塔高度的关系

3.2 防范措施

为加强环境保护，减少线路通道内的树木砍伐，近年来新建输电线路均采用“环保塔”，杆塔高度均在40m 以上，且都建设在山间，增加了发生绕击跳闸的概率。为降低线路雷击故障率，提高线路的安全供电水平，采用零保护角或负保护角及安装线路避雷器减少杆塔绕击率。

由图2可知，输电线路采用零保护角或负保护角时，杆塔绕击率接近于零；此外，运行经验表明，采用负保护角的500kV 通丰一二号线在防雷上取得较好的效果；因此，对于新建输电线路，可要求设计单位在设计时采用零保护角或负保护角，以减低杆塔的绕击率。

将线路避雷器应用在输电线路雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻困难的线路地段，不仅能明显提高线路的反击耐雷水平，还能在雷电流绕击导线时，通过泄流而保护绝缘子免遭闪络［3］。

由于输电线路杆塔数量多且给每基杆塔都加装避雷器的成本太高，故采取以下原则对线路进行加装避雷器：对于曾经遭受过雷击的杆塔，分析其故障类型，选择合理的安装方案；对重要的供电线路，如通化钢铁股份有限公司电源线路220kV 通桃甲乙线，优先考虑安装线路避雷器；对于地处山谷或山顶的线路，根据式（2）计算出绕击率高的杆塔安装线路避雷器。

对于水平排列的输电线路发生绕击时，两边相发生的绕击率远远大于中相。实际上，因为避雷线及两边相输电导线对中相输电导线具有屏蔽作用，仅在两边相各安装1支与安装l组（共3支）线路避雷器对防雷电绕击而言具有相同的防雷效果［4］。

4 结束语

理论分析和实践证明，降低杆塔接地电阻和安装架空耦合地线可以有效地防止雷电反击跳闸故障，采用地线零保护角或负保护角的设计和安装线路型避雷器等方法，可有效降低雷击杆塔绕击率。

［1］ 陈伟，倪晟.浅谈如何降低输电线路雷击跳闸率［C］//硅谷科技创新论坛：出版者不详，2001，（11）：151－152.

［2］ 周启龙，刘恒赤.高电压技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［3］ 何平.输电线路防雷设计及措施的探讨［J］.四川电力技术，2008，31（增刊）：25－29.

［4］ 肖国斌.应用线路避雷器提高交流输电线路耐雷水平［J］.电力建设，2003.24（9）：27－29.