110kV盛高线雷击跳闸分析及处理措施

胡雨婕 胡奇鸣

摘 要：110kV盛高线与220kV兴盛线、500kV兴咸Ⅰ回、Ⅱ回、Ⅲ回线路平行及四次穿越，使当地的电磁场发生了改变，同时由于线路多处于鱼池和水田的空旷地带，雷电活动时，处于空旷地段的绝缘子易发生沿面闪络，导致线路跳闸，通过调爬及减小线路保护角等手段，达到防雷击的目的。

关键词：110kV盛高线 雷击 跳闸 处理措施

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（a）-0087-02

1 110kV盛高线线路基本情况

110kV盛高线全长28.644km，导线选用LGJ-240/30型钢芯铝绞线，地线选用GJ-50镀锌钢绞线。全线共使用铁塔102基，其中直线杆塔89基，耐张、转角、终端铁塔13基。

110kV盛高线自投运后的3年以来，雷击跳闸7次，其中雷击B相跳闸4次，雷击B、C相跳闸1次，雷击A相跳闸2次。具体情况如下：

投运当年5月24日21：10，110kV盛高线盛13开关A0I段、Z0I段动作跳闸，ZCH动作成功，发现23#塔B相绝缘子产生放电；当年8月17日17：26，110kV盛高线盛13开关接地距离I段、零序I段动作跳闸，ZCH成功，检查发现7#直线塔B相绝缘子放电；第二年5月23日23：19，110kV盛高线盛13开关距离Ⅰ段，零序Ⅰ段保护动作跳闸，ZCH动作成功，检查发现11#塔B相绝缘子击穿；第二年7月2日0：44，110kV盛高线盛13开关接地距离I段动作跳闸，ZCH成功，检查发现76#B相瓷瓶击穿；第二年7月2日0：58，110kV盛高线盛13开关A0II段动作跳闸，ZCH成功，检查发现87#B、C相瓷瓶击穿；第二年8月26日18：21，110kV盛高线盛13开关接地距离Ⅰ段动作跳闸，ZCH成功，检查发现19#A相下四片防污瓷瓶击穿，第三年6月4日0：22，高06开关零序I段保护动作（重合闸未加用），检查发现24#铁塔A相瓷瓶沿面闪络放电。

2 雷击性质分析

110kV盛高线地理位置为中雷区。由于220kV兴盛线、500kV兴咸Ⅰ回、Ⅱ回、Ⅲ回线路与110kV盛高线平行及四次跨越，使当地的电磁场发生了改变，最近几年，雷电活动越来越频繁，目前已达到多雷区的落雷密度。

雷击架空输电线路引起的绝缘闪络分为两类：反击闪络和绕击闪络。

雷击塔顶部或避雷线时，雷电流通过塔体和接地体，使塔体电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过线路绝缘闪络电压值，就会发生闪络，这种闪络称为反击闪络（简称反击）。衡量反击的雷电流临界值称为耐雷水平，我国现行规程规定有避雷线路，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平为110kV，线路为40～75kA。

根据简化公式：绝缘子串雷电击穿电压UL=100+83.7×N

绝缘子串为7片时雷电击穿电压UL=100+83.7×7=685.9kV

绝缘子串为8片时雷电击穿电压UL=100+83.7×8=769.6kV

铁塔在雷击时电感约为3毫亨，即在100kA时1m的铁塔为10kV电压，若铁塔为30m时，杆塔电阻为300/100=3Ω。

目前110kV盛高线接地电阻最大为3.14Ω，若考虑线路杆塔电阻为5Ω，则雷击杆塔在绝缘子串为7片时雷电流为685.9/8.14=84kA，而查雷电观测系统，洪湖地区最大雷击电流为72kA，而几次跳闸的雷电流为50kA左右，因此，雷击塔体产生反击的可能性比较小。

雷电穿越避雷线直击到相導线上时称为绕击，它引起的闪络称为绕击闪络。采用统计经验法计算绕击率，这是根据大量的架空输电线路运行经验统计出绕击率与杆塔高度、避雷线对边导线保护之间关系。由于运行经验统计数据具有一定局限性，各学者推荐的绕击率经验公式不同。但共识是，避雷线对边相导线保护角越大，绕击率越大；杆塔越高，绕击率越大。

110kV盛高线避雷线对边相导线保护角X5型塔为27.8°，杆塔最高为29m，最大档距为379m。由于110kV盛高线避雷线对边相（B相）导线保护角过大，杆塔过高，雷电流较小，因此，雷电穿越避雷线直击到相导线上时产生绕击闪络的可能性较大。

雷击导线上产生的绝缘子串雷电击穿电压经验公式为：UL=10IL，即雷电流在7kA时，绝缘子串就会击穿。

3 110kV盛高线跳闸现象分析

（1）6次跳闸特征分析：跳闸时天气比较恶劣，基本上都是大风、暴雨、雷电，发生时间以下午17时至凌晨1时期间为主，被雷击中的全部为直线铁塔，多数紧靠耐张铁塔，且均为空旷地段，周围以水田和鱼塘为主，同时以B相动作为主（其中B相单独动作4次，B、C相同时动作1次，A相动作2次），重合闸全部成功。

（2）瓷瓶外观分析：发生闪络的瓷瓶均为内外表面沿面闪络，经湖北省电力试验研究高级技术专家鉴定属于工频闪络。

（3）跳闸动作过程分析：雷电击中110kV线路避雷线和横担，将瓷瓶周围空气击穿，形成微秒瞬间电弧，同时工频相电压由导线经已形成的瞬间电弧通道放电至横担，并在瓷瓶内外表面形成沿面弧光（工频放电弧光），该电弧持续的时间较长，约10ms，引起110kV线路保护动作，引起吸纳路瓷瓶内外沿面釉质、碗头铸铁局部烧灼，工频电弧持续10ms以后过零熄弧，0.8s后线路重合闸动作，合闸成功。

4 110kV盛高线雷击跳闸原因分析

盛高线雷击跳闸比以前跳闸频繁，主要原因是：

（1）与线路的地理走向有关：在1#～16#杆与220kV兴盛线平行的这段线路呈南北走向，并且位于220kV兴盛线的南边，当雷雨季节频繁时刮的多为东南风，盛高线为迎风侧，所以雷电先接触的便是盛高线。

（2）与线路下多鱼池和水田有关：因为洪湖市农业生产的特点，以生态渔业为主，所以在盛高线的走廊上鱼池比较多，从而形成大量的水蒸气，与带电的风相互作用，把雷电引来对线路进行绕击。

（3）线路保护角过大：110kV盛高线避雷线对边相导线保护角X5型塔为27.8°，使雷电绕击线路的概率的可能性增大。

（4）杆塔过高：110kV盛高线杆塔最高为32m，呼称高全部在20m以上，使雷电绕击线路的概率的可能性增大。

（5）雷电流较小：根据雷电观测系统显示，雷电流大多数在50kA以下，使雷电绕击线路的概率的可能性增大。

5 110kV盛高线几种防绕击雷经济技术方案

（1）采用双串V型瓷瓶，减少保护角，达到减少雷电穿越避雷线直击到相导线上时产生绕击闪络。根据计算X5型塔单根避雷线保护角可达到20°左右，达到减少雷电穿越避雷线直击到相导线上时产生绕击闪络的目的。每基塔价格约1500元，保护范围为全线。

（2）将单根避雷线改为双根避雷线。减少保护角达到减少雷电穿越避雷线直击到相导线上产生绕击闪络。110kV盛高线在雷击多发区域，双根避雷线对边导线的保护角应小于20°；大跨越杆段保护角不得大于15°。每基塔价格约2800元。保护范围为全线。

（3）由于220kV、500kV线路距离110kV盛高线较近，110kV盛高线杆塔较高，线路下基本上在鱼塘、农田中，采用加装耦合地线达到减少雷电穿越避雷线直击到相导线上时产生绕击闪络。每基塔价格约300元，保护范围为全线。

（4）采用XBL-II型高效防绕击避雷针可保护杆塔附近50m内达到减少雷电穿越避雷线直击到相导线上时产生绕击闪络。每基塔价格约3000元，保护范围为杆塔附近50m内。

（5）采用可控避雷针可保护杆塔附近15m内达到减少雷电穿越避雷线直击到相导线上时产生绕击闪烙。每基塔价格约8000元，保护范围为杆塔附近15m内。

（6）使用线路避雷器。在采取其他防雷措施后，效果仍然不明显的情况下才使用线路避雷器，每基塔价格约16500元。

6 110kV盛高線雷击结论

鉴于以上原因分析及防雷工作实施措施，110kV盛高线只能采取综合防治措施，逐步实施，达到目标为止。

（1）调爬：在最大风偏和最大弧垂允许的情况下，对线路最大限度地调爬，增加1片绝缘子。

（2）对X5型塔采用双串V字型绝缘子串。采用双串V字型绝缘子串考虑线路对铁塔净空时不需考虑导线的风偏，因此可减少保护角。

7 具体实施方案

（1）将全线直线塔悬瓶由7片增加为8片瓷瓶。

（2）将1#～33#、74#～96#段直线塔B相改为“V”型串。110X5型铁塔B相防雷保护角由改造前的29°57'15"减小到21°37'30"，110T1型铁塔B相防雷保护角由改造前的26°17'16"减小到20°23'16"，110ZS3型铁塔B相防雷保护角由改造前的27°11'20"减小到20°4'15"。

8 实施后的效果评估

投运第三年4月将全线直线塔悬瓶由7片增加为8片瓷瓶后，投运第四年6月4日凌晨24#铁塔A相遭雷击1次，投运第四年10月将1#～33#、74#～96#段直线塔B相改为“V”型串，改造后5年内，110kV盛高线经受住了雷雨季节的考验，全线都没有遭雷击，效果明显，取得实效。