銅陵電網(wǎng)輸電線路雷擊故障分析及對(duì)策

一、引言

銅陵地區(qū)地處長(zhǎng)江中下游，是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，在眾多的山地丘陵中，含有銅、鐵、黃金等多種金屬礦產(chǎn)，年平均雷暴日為40天，雷電活動(dòng)頻繁。銅陵地區(qū)毗鄰長(zhǎng)江，河流、湖泊等水系較多，境內(nèi)高山、丘陵連綿起伏，在地形、氣候、接地電阻、桿塔結(jié)構(gòu)等多種因素的影響下，雷擊輸電線路引起的線路跳閘故障較多，在2007年統(tǒng)計(jì)線路的13次跳閘中，雷擊跳閘就7次，占線路跳閘總數(shù)的53.8%。日益增多的雷擊線路跳閘，不僅影響到設(shè)備的安全運(yùn)行，也極大的影響到人們的日常的生產(chǎn)、生活。

二、雷電跳閘分析

表1：銅陵地區(qū)220kV線路雷擊故障情況統(tǒng)計(jì)表

2000-2007年，銅陵電網(wǎng)220kV輸電線路共發(fā)生8次雷擊跳閘，2006、2007年，雷擊跳閘率一直維持在0.514次/百千米·年，高于國(guó)網(wǎng)公司要求的0.315次/百千米·年。在歷次線路雷擊跳閘中，繞擊多發(fā)生在山區(qū)或桿塔較高的線路段;反擊主要是由接地電阻過大或雷電流太強(qiáng)等因素造成。結(jié)合歷次線路雷擊跳閘，由理論知識(shí)分析影響線路雷擊故障的具體因素：

1、近年來雷電活動(dòng)逐年增強(qiáng)，線路雷擊故障也有所增多。表2雷電定位信息系統(tǒng)中銅陵地區(qū)雷電統(tǒng)計(jì)顯示，排除缺少數(shù)據(jù)的2006年，從2002至2007年，雷電數(shù)一直都在增加，可見銅陵地區(qū)雷電活動(dòng)是在逐年增強(qiáng)的。全年雷電活動(dòng)最強(qiáng)烈7、8月份，線路雷擊故障超過半數(shù)。

表2：安徽電網(wǎng)雷電定位信息系統(tǒng)銅陵地區(qū)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2、影響線路繞擊的因素。從造成220kV線路跳閘的雷擊類型來看，其中繞擊為62.5%，占絕大多數(shù)。國(guó)內(nèi)外普遍采用電氣幾何模型分析輸電線路的繞擊跳閘，在電氣幾何模型分析中(見圖1)，影響導(dǎo)線繞擊暴露弧BC的參數(shù)有保護(hù)角α、地面傾角、導(dǎo)地線對(duì)地距離，而影響導(dǎo)地線對(duì)地距離的有桿塔高度、地形等因素。故障統(tǒng)計(jì)中，故障桿塔高度超過35m的占80%，故障發(fā)生地點(diǎn)處于山坡或半山腰的占60%，可見在保護(hù)角確定的情況下，桿塔高度和地形是影響線路繞擊率的重要參數(shù)。

圖1：輸電線路的電氣幾何模型

2.1保護(hù)角和桿塔高度。

保護(hù)角和桿塔高度是影響繞擊的重要參數(shù)。跟據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》L/T 620-1997規(guī)程的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不同桿塔高度的繞擊率隨保護(hù)角而變化的曲線見圖2，從圖中可以看到，在負(fù)保護(hù)角時(shí)，線路繞擊率接近零，而隨著保護(hù)角的變大，繞擊率顯著增大。圖中還顯示，桿塔高度越高，線路繞擊率也越高。

圖2：繞擊率與線路保護(hù)角、桿塔高度之間關(guān)系

近年來，新投運(yùn)的220kV線路同桿雙回路鼓型塔繞擊跳閘次數(shù)較多，該塔型中相保護(hù)角小于15度，保護(hù)角并不偏大。但由電氣幾何模型分析得知，導(dǎo)線的暴露弧受到避雷線和地面共同作用，由于鼓型塔塔身較高，中相導(dǎo)線離避雷線和地面距離較大，又在其他兩項(xiàng)導(dǎo)線外側(cè)，使得避雷線和地面的屏蔽作用減弱，導(dǎo)線暴露弧增大，線路繞擊率升高。同屬該塔形的桂新2897線11號(hào)塔、桂庫(kù)2889線102號(hào)塔遭受繞擊跳閘的均為中相。

2.2地形對(duì)繞擊率的影響。

輸電線路在山區(qū)，經(jīng)過的地形主要有平地、沿坡、山頂、山谷、爬坡、跨溝6類，由電氣幾何模型分析可知，能夠影響線路繞擊率的地形有沿坡、山頂、和跨溝三類。沿坡地形線路的下坡側(cè)，山頂?shù)匦尉€路的兩側(cè)，其坡度構(gòu)成電氣幾何模型中的地面傾角，顯然，有地面傾角的一側(cè)，地面對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用減弱，更容易發(fā)生繞擊;在跨溝地形中，檔距中間導(dǎo)地線，離地面距離過大，地面的屏蔽作用減弱，繞擊率上升。

圖3：影響線路繞擊的三種地形

3、影響線路反擊的因素。當(dāng)雷擊塔頂或避雷線，雷電流超過桿塔的耐雷水平時(shí)，就會(huì)引起絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)致線路反擊跳閘。影響桿塔耐雷水平的主要因素有桿塔接地電阻、絕緣配置等。

3.1接地電阻。在桿塔形式、絕緣配置確定的情況下，接地電阻是影響線路反擊耐雷水平的主要因數(shù)?，F(xiàn)利用銅陵電網(wǎng)220kV線路中使用較多的Z1型鐵塔計(jì)算在不同的接地電阻情況下各自的耐雷水平，見表3。表中數(shù)據(jù)顯示，隨著接地電阻的增加，線路的耐雷水平明顯降低，而伴隨著線路耐雷水平的降低，出現(xiàn)超過耐雷水平的雷電流概率增加，線路所受威脅就越大。

表3： Z1型鐵塔邊相反擊耐雷水平與接地電阻的關(guān)系

注：P1為雷電流超過耐雷水平的概率

220kV桂庫(kù)線22號(hào)塔雷擊跳閘主要原因就是接地電阻連接不規(guī)范，使用鋼絲卡連接，在強(qiáng)雷電流沖擊下，連接失效，使得接地電阻驟升，導(dǎo)致線路跳閘。

3.2絕緣配置。線路絕緣配置的提高，絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓值隨之提高，使得線路耐雷水平的上升。2007年銅陵公司對(duì)220kV線路進(jìn)行調(diào)爬，提高了線路絕緣配置，圖4中是調(diào)爬前15片F(xiàn)C70/127和調(diào)爬后14片XWP2-100線路耐雷水平的變化，可見線路耐雷水平明顯提高。

圖4：220kV線路調(diào)爬對(duì)線路耐雷水平的影響

絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓值受到絕緣子表面污穢程度的影響，根據(jù)有關(guān)資料表明，對(duì)于污穢較重的絕緣子，其雷電沖擊水平會(huì)有明顯下降，一般可下降6%-10%，最嚴(yán)重時(shí)可下降15%-35%。

三、防雷措施

針對(duì)引起線路雷擊跳閘的原因，總結(jié)和制定相應(yīng)的技術(shù)措施如下：

1、充分利用雷電定位信息系統(tǒng)。

利用雷電定位信息系統(tǒng)，分析線路各段的落雷密度，再結(jié)合地形地貌，為制定相應(yīng)措施提供依據(jù)。

2、改善接地電阻。

(1)降低接地電阻，是防止線路雷擊反擊跳閘的基本技術(shù)措施。在新建線路基建過程中，加大對(duì)隱蔽工程的監(jiān)督驗(yàn)收工作，防止接地體違規(guī)連接，盡量避免采用降阻劑來降低接地電阻。

(2)銅陵地區(qū)屬于重污區(qū)，接地容易受到酸雨的腐蝕，在歷年接地普測(cè)中，從接地開挖檢查結(jié)果來看，桿塔接地銹蝕嚴(yán)重，部分桿塔接地甚至銹斷。在巡視線路時(shí)，要重點(diǎn)觀察接地引下線是否銹蝕，對(duì)銹蝕的接地引下線要及時(shí)處理。同時(shí)，要積極采取有效的防腐技術(shù)手段，在銹蝕嚴(yán)重的地段，可試用防腐涂料涂刷接地體。

(3)對(duì)山區(qū)受地質(zhì)、地形影響，接地電阻難以降低的地區(qū)，使用的接地模塊等方法來降低接地電阻。

2、絕緣配置是影響線路耐雷水平的重要參數(shù)，而銅陵地區(qū)的嚴(yán)重污染降低了絕緣子的絕緣性能，影響到線路的耐雷水平。為減小絕緣子絕緣性能降低帶來的影響，在滿足空氣間隙和風(fēng)偏的情況下加1-2片絕緣子;使用合成絕緣子時(shí)，適當(dāng)采用高絕緣性能的合成絕緣子。在日常維護(hù)中，特別是雷雨季節(jié)來臨之前，對(duì)發(fā)現(xiàn)的零值絕緣子要及時(shí)更換，對(duì)污染嚴(yán)重的絕緣子串進(jìn)行清掃或更換。

3、安裝氧化鋅避雷器。

線路型氧化鋅避雷器是利用氧化鋅閥門柱具有的非線性伏安特性和通流能量大的特點(diǎn)制造的過電壓放電器，它連接在導(dǎo)線上呈高阻狀態(tài)，電力系統(tǒng)與地面之間幾乎是絕緣狀態(tài);當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)雷電過電壓達(dá)到起始動(dòng)作電壓值時(shí)，其電阻率驟然下降，迅速泄流，從而有效保護(hù)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。

國(guó)內(nèi)外廣泛使用氧化鋅避雷器用于輸電線路的防雷，并取得良好效果。安裝氧化鋅避雷器能后不僅能明顯提高線路的反擊耐雷水平，還能夠在雷擊導(dǎo)線時(shí)，通過泄流而保護(hù)絕緣子免遭閃絡(luò)，有效的防止線路繞擊故障。

如果每基桿塔都加裝避雷器，可以有效的保護(hù)線路不發(fā)生雷擊故障，但由于線路桿塔數(shù)量多，加裝成本太高。為使得安裝更科學(xué)、經(jīng)濟(jì)，安裝避雷器應(yīng)符合以下原則：

(1)對(duì)有雷擊記錄的桿塔，分析故障類型是繞擊還是反擊，根據(jù)不同的故障原因采取相應(yīng)的安裝方案;

(2)結(jié)合雷電定位系統(tǒng)，對(duì)沒有雷擊跳閘記錄，但落雷密度大，反擊耐雷水平低的桿塔，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝避雷器提高線路反擊耐雷水平;

(3)對(duì)山區(qū)處于沿坡、山頂、和跨溝地形的線路，在計(jì)算出繞擊率高的桿塔，在沿坡的外邊坡側(cè)，山頂?shù)膬蓚?cè)，跨溝的兩側(cè)安裝避雷器;桿塔較高，周圍有水系的桿塔，兩邊相安裝避雷器。

我們選擇落雷密度大、線路易受繞擊的220kV周新2893/2894線27-33號(hào)線路段分析避雷器的效果。周新線22-33號(hào)線路段緊鄰長(zhǎng)江，穿越笠冒山，受地形影響，該處落雷密度大;線路桿塔為雙回路鼓型塔，兩側(cè)有地面傾角，容易繞擊;歷史上該段有繞擊、反擊跳閘記錄。該段的29號(hào)、33號(hào)兩基塔地勢(shì)較高、接地電阻較大，避雷線保護(hù)角為12.5度、絕緣子型號(hào)為FXBW-220/100，沖擊接地電阻分別為10Ω、15Ω。為能夠有效防止鼓型塔中相繞擊，為29號(hào)、33號(hào)兩基塔中相安裝避雷器，表4顯示出安裝避雷器后桿塔反擊耐雷水平明顯提升。繞擊耐雷水平的計(jì)算表明，安裝一組線路避雷器時(shí)，220kV線路的繞擊耐雷水平(在R=100Ω)能達(dá)到50kA，表5中數(shù)據(jù)顯示，33號(hào)塔最大繞擊電流為26.31kA，在中相安裝一組避雷器后，完全能夠防止線路繞擊跳閘。

表4：安裝避雷器防反擊效果

4、新建線路設(shè)計(jì)時(shí)采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角。

保護(hù)角是影響線路雷擊繞擊的重要因素，對(duì)于220kV線路新建線路，可要求設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角。

四、結(jié)束語(yǔ)

銅陵電網(wǎng)220kV線路雷擊跳閘率居高不下，防止雷擊故障是當(dāng)前工作中的重點(diǎn)。降低接地電阻能夠提高線路的反擊耐雷水平，但不能防止繞擊或強(qiáng)雷電流導(dǎo)致的反擊，為能夠有效的防止雷擊跳閘，必須采取新的防治措施。選擇安裝線路型避雷器，不僅能夠大幅提高桿塔的反擊耐雷水平，而且能夠有效防止線路繞擊。

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