安徽电网220 kV输电线路雷击跳闸分析

2016-06-12王庆军程登峰郑世玲朱胜龙

工程与建设 2016年1期

关键词：杆塔雷电电阻

王庆军，　程登峰，　郑世玲，　朱胜龙，　刘　静

(国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥　230022)

安徽电网220 kV输电线路雷击跳闸分析

王庆军，程登峰，郑世玲，朱胜龙，刘静

(国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥230022)

摘要：220 kV输电线路跳闸对电网供电可靠性影响较大，这其中雷击引起的占较大比例，分析认为绕击是安徽电网220 kV输电线路雷击跳闸的主要原因，避雷线保护角、杆塔高度、地形、杆塔型式等对绕击都有影响。文章还对雷击发生的时间、雷电定位系统使用、重合闸成功率进行了分析。

关键词：220 kV输电线路；雷击跳闸；绕击；安徽电网

0引言

近年安徽省220 kV输电线路由于雷击引起的跳闸事故频发,约占跳闸总数的30%。虽然各单位在防雷工作上进行了大量工作,包括采取措施降低接地电阻、调整爬距增加线路绝缘水平、清理通道等,但雷击跳闸率仍然没有明显下降。为此对近年的雷击事故进行了调研。

从地理气象条件上看,安徽省北部为平原地形,中部为丘陵地形,南部为山区地形。全省平均雷暴日为30～40,属多雷区[1]。

为了解雷击跳闸的原因,收集了近5年来的40起雷击事例、故障点巡查情况、线路基本资料及雷电定位系统探测情况进行分析。

1分析与建议

1.1绕击是220 kV输电线路跳闸的主要原因

1.1.1绕击事例分析

在近年统计分析的雷击跳闸事例中[2-4],反击7次,占14%,绕击43次,占86%。是否是绕击,主要是依据运行经验按照表1进行判断。

从雷电定位系统[5]记录的雷电流大小看主要有以下特点,大部分引起雷击跳闸的事例中雷电流幅值均较小,具体结果见表2。这其中的原因主要是幅值较小的雷电流可能绕击线路造成绕击跳闸,幅值较大的雷电流击中杆塔或地线,可能造成反击跳闸,中等幅值的雷电流要引起反击幅值可能性不够大,又不易绕击。

表1　区分绕击与反击的特征

表2　雷电流幅值分布

1.1.2造成绕击的主要原因

表3　线路保护角统计

文献[6]规定“杆塔上地线对边导线的保护角,500 kV送电线路宜采用10°～15°。330 kV送电线路及双地线的220 kV送电线路宜采用20°左右。山区110 kV单地线送电线路宜采用25°左右”,可见我省输电线路地线的保护角符合相关规定,但从省内外运行经验看有必要研究线路保护角对于输电线路雷击跳闸的影响。

国家电网生〔2005〕928 号《关于防止和降低架空输电线路故障的通知》中提到“线路避雷线屏蔽保护角的选择对线路防雷极为重要。当保护角在 10°或更低时,发生雷电绕击的概率较小。据统计,保护角小于 15°架空线路的雷击跳闸率占37%,保护角在 15°以上的雷击跳闸率占63%”。

目前我国的单回路500 kV输电线路其边导线保护角大都在12°～15°之间,对于同塔双回线路,由于杆塔塔高增加较多,暴露弧段增加,减少保护角势在必行。美国BPA的双回路杆塔保护角一般在4°以下,日本主张使用负保护角。

(2) 杆塔高度对绕击跳闸率的影响。当杆塔高度较小时,α不同,跳闸率差别较小,随着杆塔高度增加,α的影响变大[7],见图1。以ZM51塔型为例,绕击跳闸率在杆塔高度超过35 m,上升速度很快,杆塔高度每增加1 m,绕击跳闸率上升67.16%。在此次统计的雷击事故中有24次的杆塔塔高超过24 m,占总数的60%,这其中有11次是同塔双回线路。

(3) 地形的影响。陡度对绕击率有很大影响[8],应用基于电气几何模型基础上的击距法进行分析,当地面倾角增大时,绕击跳闸率呈非线性上升,地面倾角小于15°时,倾角对绕击率的影响不大,地面倾角大于15°时,绕击率呈倍数增加,这对线路的防雷保护很不利。根据日本的研究结果,地面倾角等于30°的绕击率是0°的5.73～8.79倍。在此次统计中有23次雷击发生在山区,地面倾角较大,有的甚至超过45°。

图1　线路标高与跳闸率的关系

在统计事例中还有20次发生闪络杆塔处于水塘、水田、河流等有水的地理位置。

(4) 杆塔型式的影响。我省输电线路塔型较多,命名也较为混乱,从本次调研可以看到塔型对于雷击有着明显地影响[9],见表4所列,发生雷击事故较多的塔型有直线猫头塔、直线T形塔、同塔双回直线塔,见图2～图4所示。

表4　发生雷击闪络塔型统计简表

图2ZM21塔图3ZT-3/20.7塔图4PSL塔

总之,绕击事例的发生是与杆塔结构、避雷线保护角、杆塔高度、地形等有关。传统的绕击率计算存在偏差,这主要是因为我国规程对绕击率计算式未加条件限制。这对高杆塔更显得不合理。运行经验表明,高杆塔线路绕击率明显增高。规程计算式可能参考前苏联的经验,也可能是对国内运行经验的总结。但这些经验来源于较低电压等级、较低塔高和较大保护角的线路,没有证据可证明它能延伸到较高电压等级、较高塔杆和小保护角的线路。

1.2降低输电线路雷击跳闸率的重要因素

国家电网生〔2005〕928 号《关于防止和降低架空输电线路故障的通知》中提到“据有关统计,遭受雷击跳闸的 220 kV 及以上线路中80%左右的杆塔接地电阻偏大或超标”。因此,减少接地电阻在防雷保护的作用十分明显。

杆塔接地电阻增大时,当雷击于线路塔顶或避雷线时,雷电流流过杆塔塔身到达接地装置发生反射后,使得塔顶电位大大升高,当塔顶(或横担处)与导线之间的电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时,会对导线发生闪络,这一过电压,即形成雷电反击。对于一般高度的杆塔,接地电阻上的压降是决定塔顶高度处杆塔电位的主要因素,在同样的雷电波头下,接地电阻越大,塔顶电位升高越大,越容易对导线放电引起反击。虽然雷击塔顶时线路耐雷水平值与杆塔冲击接地电阻、导线地线间的耦合系数、杆塔分流系数、杆塔等值电感以及绝缘子串的50%冲击放电电压等诸多因素有关,线路耐雷水平与杆塔接地电阻关系见表5所列。但实际上,杆塔冲击接地电阻直接影响着线路的耐雷水平。另外,杆塔接地电阻通过施加降阻剂后暂时达到了设计值,但降阻剂在长时间的运行期间可能流失,甚至对接地体造成腐蚀致使接地电阻回升增大,导致杆塔接地电阻不能满足要求。

表5　110～500 kV线路耐雷水平与杆塔接地电阻的关系

1.3其他统计分析

(1) 发生雷击的线路较分散,近年发生两次雷击跳闸的线路只有4条,而发生3次雷击跳闸的只有3条。

(2) 雷害多集中在每年6、7、8月,但由于近年气候变化异常,也有3、4月份甚至1月份发生雷害的记录。发生的时间上0点到6点7次,6点到12点2次,12点到18点11次,18点到24点10次,其余则没有时间段记录,可以看到雷害发生在12点至24点远大于6点到12点。

(3) 闪络的绝缘子有23次为玻璃绝缘子,占总次数的72%,6次为瓷绝缘子,占总次数的19%,3次为复合绝缘子,占总次数的9%。

(4) 雷电定位系统可以很好地指导故障查询、故障分析。

(5) 线路重合闸作为线路防雷的最后一道防线,应积极采用。在这次可以统计的重合闸动作情况看有两次是两相动作,重合闸不动作,一次是开关遭雷击,其余各次上看近两年的重合闸成功率在90%以上。

2结束语

(1) 针对绕击发生较多的情况,可考虑采取下述措施[10-11]:① 防雷设计方面宜将保护角控制在15°以内。② 增大绝缘水平,但此项工作应结合每基杆塔的实际,验算间隙距离。③ 杆塔间耦合地线应用宜在档距较大、半山坡、绕击易击区段等因地制宜安装。④ 对于线路避雷器、可控放电避雷针的使用,由于其费用较高,设计时不能完全考虑地形、气候等因素,建议依靠运行经验,雷电定位系统等综合考虑。

(2) 降低杆塔接地电阻,提高杆塔耐雷水平。检查记录每个塔腿接地导通情况、接地电阻值和接地连接螺栓紧固情况,对避雷线半绝缘的,应采用接地摇表测量,放线方向尽量与线路垂直;对运行超过20年及以上线路的杆塔接地装置锈蚀情况应抽样开挖检查,抽样比例按15～20基抽1基控制(注意提高耐张、进线段杆塔抽样比例),发现异常,应适当加大抽样比例以进一步确认。开挖检查情况应出具规范的报告(提供图片资料,测量接地装置截面大小)并存档。

(3) 规范输电线路雷击调查及故障查找确认工作,做好防雷的基础数据积累工作。

〔参考文献〕

[1]DL/T 620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].

[2]王庆军,刘文海,郑世玲.安徽500 kV线路雷击跳闸原因分析[J].高电压技术，2005，31(1)：85-86.

[3]路永玲,周志成,陶风波,等.江苏电网2014年输电线路雷击跳闸分析[J].江苏电机工程，2015 ，34(51)：9-11.

[4]张文峰,彭向阳,豆朋,等.广东雷电活动规律及输电线路雷击跳闸分析[J].广东电力.2014,27 (3):101-107.

[5]何健,张弓达,徐陈华,等.雷电定位系统在输电线路雷击故障分析中的应用[J].电瓷避雷器,2012(248):74-78.

[6]DL/T 5092-1999，110～500 kV架空送电线路设计技术规程[S].

[7]王佳,王晓辉.输电线路雷击暂态效应仿真分析[J].哈尔滨工业大学学报,2012,44(9):128-131.

[8]赵淳,陈家宏,谷山强,等.山区复杂地形条件下输电线路雷击跳闸故障分析方法[J]. 电网技术,2011,35(12):136-141.

[9]吴凡,鲁志伟,王艺霖,等.220 kV同塔双回线路雷击双回同跳防雷改造[J].东北电力大学学报,2015,35 (3):6 -11.

[10]胡毅.输电线路运行故障的分析与防治[J].高电压技术,2007,33(3):1-8.