220 kV凤丹2号线雷击跳闸分析

姜常胜，刘明慧，郑维刚，朱义东

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网丹东供电公司，辽宁 丹东 118000)

雷害是线路跳闸的主要因素之一，历年辽宁省内220 kV线路跳闸故障中绕击雷普遍多于反击雷[1]。220 kV凤丹2号线在某一年内发生10起跳闸，跳闸率达到21.7次/(100 km·a),在省内输电线路雷击跳闸事故中较少见。220 kV凤丹2号线长45.913 km，共111基铁塔，其中98—111号与凤丹1号线并架。单回线部分主要为猫形塔，双回部分主要为鼓形塔。其直线塔绝缘配置为合成绝缘子上加装一片大伞裙玻璃绝缘子。悬垂绝缘子串长为2 150 mm。

1 凤丹2号线跳闸情况

从发生10次跳闸的9基塔(50号塔重复落雷)地形情况、雷电流幅值、耐雷水平以及闪络痕迹观察来看，应为3次绕击跳闸，7次反击跳闸。这与“山区线路发生绕击跳闸的概率高于反击跳闸率”的说法不相符。

当一基杆塔遭受雷击发生1相跳闸、雷电流幅值小于线路反击耐雷水平，而大于线路绕击耐雷水平时，通常认为发生了绕击跳闸[2]，即50号塔C相跳闸和95号塔跳闸是绕击的可能性非常大。而41号塔从闪络痕迹来看，存在由高压侧向低压侧发展的痕迹，其线路沿山坡方向行走，并且雷电主放电点距杆塔3.94 km，综合分析很可能为绕击雷害。这三起雷电流幅值较大，为-92.7 kA以上，一般发生绕击的可能性较小。

通常当一基杆塔遭受雷击后发生两相及两相以上同时跳闸可认为是反击雷害，同时伴随着雷电流幅值大于线路反击耐雷水平时，几乎能够确认为反击跳闸，以此判断53号、56号、79号和102号塔(其双回同时跳闸)共4起反击跳闸。

其余3起跳闸其雷电流幅值大于线路反击耐雷水平，其所处山地地形存在反击的可能性，闪络痕迹也疑似反击等综合确定为反击雷害。

经过分析，并非绕击跳闸次数大于反击跳闸次数，主要是反击耐雷水平计算存在一定难度，并且影响计算结果的因素较多，运维单位大多未进行详细核算，其次实际工作中往往依靠经验进行分类，再有由于设计或运维原因导致线路的耐雷水平不高。主要情况详见表1。

2 雷击跳闸因素分析

2.1 跳闸故障与地形分析

220 kV凤丹2号线这10个故障杆塔中，只有50号塔为跨山坡行走，从耐雷水平、雷电流幅值、闪络痕迹及所处地形来看，应该是1次绕击1次反击；爬山坡行走的1基为41号塔，从耐雷水平、雷电流幅值(-100 kA，距离为3 940 m)、闪络痕迹及所处地形来看，应该是1次绕击；跨山脊的2基，分别为53号塔和102号塔，2次均为反击；处于突兀山顶的5基，分别为40号、56号、67号、79号和95号塔，均为反击。通过分析得出如下结论。

a.处于突兀山顶的铁塔既易发生反击又易发生绕击，相对来说，发生反击概率略大些。其原因有两个，一是处于山顶上杆塔的土壤电阻率相对较高，接地电阻值也相对较高，本次发生雷击跳闸的杆塔接地电阻值均在15 Ω以上；二是杆塔处于山顶时，导线往往跨越山谷，导线对地距离较大。以上两个原因导致反击耐雷水平相对较低。在分析56号塔反击时，按通常条件计算该塔不应发生反击，后经核实断面，发现其跨越山谷，当实际导线对地距离进行计算时，其耐雷水平就小于雷电流幅

值，可能发生反击。同时，由于其两侧暴露，地面倾斜角相对较大，也易遭绕击。但从统计情况来看，反击次数更多。

b.跨越山脊的线路发生反击的概率大，绕击发生的可能性相对较小,主要是由于杆塔两侧地面倾斜角较小所致。

c.处于山坡上的线路发生绕击的概率大，反击次之。主要是由于杆塔下山坡侧地面倾斜角较大，相对比较暴露。

2.2 地闪次数与跳闸之间关系

跳闸24 h内，距杆塔2 km范围内对跳闸次数进行统计，并与跳闸情况进行对照，得出结论：对于某一特定时间段内，地闪次数与跳闸次数之间无明确对应关系。如果选取样本足够多时，地闪次数与跳闸次数存在正相关性。

6月3日102号塔反击时的地闪情况如图1所示。共发生了214次地闪，地闪次数最多的是80号塔附近51次(大于75 kA的雷电流只有1次)；其次是90号塔附近47次(大于75 kA的雷电流有7次)；100号塔附近28次(大于75 kA的雷电流只有4次)，发生1次跳闸。

图1 6月3日14时—16时地闪地区分布情况

表1 凤丹2号线雷击跳闸情况统计

8月12日40号塔反击时的地闪情况如图2所示。共发生了157次地闪，其中，地闪次数最多的是10号塔附近83次(大于12 kA的雷电流有68次)；其次是40号塔附近34次(大于12 kA的雷电流有29次)，发生1次跳闸。

图2 8月12日40号塔反击时的地闪情况

全部发生10次跳闸时间段地闪情况进行统计如图3所示。排名前5名的40号—80号塔均发生雷击跳闸。

图3 10次跳闸合计地闪次数分布图

从统计结果来看，通过研究雷电的活动规律来研究线路跳闸，防护措施效率可能不高，不如提高线路本体耐雷水平。

2.3 雷电流幅值分布与跳闸之间关系

从雷电流幅值分布情况来看，无明确对应关系，如图4所示，小于12 kA的占总数20%，12～75 kA的占总数75%，大于75 kA的占总数5%。从概率角度来看，发生绕击跳闸的概率相对高一些。

图4 雷电流幅值分布图

2.4 雷击跳闸因素分析

通过分析该线路地闪分布情况和跳闸分布情况，在统计雷电故障分布和防雷工作布置方面有以下几点：

a.能够构成反击跳闸的地闪所占比例较低，按杆塔分布在2%～21%，总体比例为6%；理论上造成绕击的概率较高，但从实际情况来看，反击跳闸比绕击跳闸高，说明运维单位应该提高线路反击耐雷水平，以降低跳闸率。

b.线路雷击跳闸与地闪分布具有一定相关性，一般地闪次数增加时，线路跳闸的几率增高，但无线性对应关系。

c.可以通过对地闪、跳闸、线路本体、所处环境方面综合考虑确定相对合理的雷电易击区，以提高防雷工作的针对性。

3 存在的主要问题

3.1 管理方面

各单位在雷害风险评估方面还需加强。目前，国内外在计算耐雷水平和跳闸率方面的主要方法有规程法(通常采用的方法)、暂态计算法、几何模型法(又称击距法)和先导发生法。各种方法的计算结果和实际发生跳闸的情况均存在差异。

在综合评估线路预期方面还需加强。例如，设计中为了降低造价，采用高塔跨树设计，降低了耐雷水平。还有标准DL/T 620 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中要求220 kV线路耐雷水平不宜低于75～110 kA，但对于双线路，应不宜取下限配置。

3.2 设计方面

首先还存在缺乏防雷设计的问题，设计中未能给出耐雷水平、跳闸率计算。其次，差异化设计还需加强。例如，凤丹双回线多处于山区，污秽等级不高，可能发生的主要跳闸形式应为雷击和冰闪，而合成绝缘子的强项为防污闪，弱项为防雷击和冰闪，如此配置并不适合。

3.3 运维方面

标准化作业执行得不够严格，存在布线长度不足、测试方法不规范、未考虑季节系数以及未能将接地电阻与土壤电阻率进行认真比对等问题，提高专业人员业务水平的同时，落实规范化作业到位。

4 防护措施

4.1 管理方面

省内应开展雷害风险评估工作。对新建和改造项目进行耐雷水平及雷击跳闸率计算，提高线路抵御雷害的能力及防雷工作的针对性。还有应加强全过程技术监督工作。使从规划设计到运检管理的全过程符合规范、标准和制度的要求。避免因管理问题带来线路抵御自然灾害能力降低。加强职工业务培训，提高接地电阻测试工作质量。

4.2 技术方面

认真开展差异化防雷设计，提高线路耐雷水平，降低线路跳闸率。可能应对该线路进行绝缘调整，提高50%。如摇摆角允许，可考虑增加绝缘子数量。同时进行接地电阻改善，降低接地电阻，架设耦合地线，提高耦合系数，有针对性地安装线路避雷器等方法避免雷害故障。

通过对本线路耐雷水平、雷电流幅值、地闪密度、地形等影响因素进行了综合分析，可以看出针对220 kV线路提高线路反击雷耐雷水平能够有效降低线路跳闸率，结合提高差异化防雷工作准确性，丰富现有防雷措施，以达到减少类似雷击故障发生的目的。