山西省超高壓輸電線路防雷分析與治理

陳 新，劉慧威

（1.山西省電力公司超（特）高壓輸變電分公司，山西 太原 030001；2.山西省電力公司，山西 太原 030001）

統計資料表明：近年以來，山西省500 kV線路因雷擊引起的掉閘呈明顯上升趨勢，對輸電線路的安全穩定運行造成了很大的威脅，必須認真分析故障發生及增多的原因，并研究切實可行的對策來加以治理。

1 輸電線路雷擊跳閘及落雷情況

1.1 雷擊跳閘情況

統計超高壓公司運維線路2008-2010年雷擊跳閘，見表1。列出《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（DL/T620—1997）中110～500 kV線路典型桿塔的雷擊跳閘率，如表2所示。從表1、表2可以看出以下幾點。

a）2008-2010年，公司共有14條線路發生雷擊跳閘18次。

b）雷擊跳閘次數呈波動趨勢，2008年4次，2009 年1次，2010年13次。

c）2008-2010年雷擊跳閘率平均0.15次/100km·a，2010年最多，2008年次之，2009年最低。

d）考慮山西省特殊的地形地貌，約有1/2線路位于山區，且2010年氣候異常，2010年線路雷擊跳閘率雖偏高，但在合理范圍內。

表1 運維線路歷年跳閘情況統計（2008-2010年）

表2 110～500 kV架空送電線路典型桿塔的雷擊跳閘率

1.2 山西省超高壓輸電線路落雷情況

依據雷電定位系統落雷數據，對各條輸電線路的落雷情況進行了統計（注：統計范圍為輸電線路平行一公里走廊內的落雷），得到如下規律。

a）公司輸電線路的平均落雷密度為5.8次/km，平均雷暴日是29 d/a，所有雷擊中繞擊雷所占的比例為77%，負極性雷所占的比例為86%。

b）落雷密度較高（落雷密度大于8次/a）的線路有神朔線、曲朔線、軒忻線、晉榆二線、武榆線、榆電一線、榆久一線、霍兆線、霍臨一線。

c）山西大部分地區的年平均雷暴日數不足40d/a，屬于少雷區，但部分地區年平均雷暴日數超過了60 d/a，屬于雷電活動特別頻繁區。根據統計結果，落雷密度最高的地區為忻州、晉中、陽泉、霍州等地區，這和公司輸電線路雷擊跳閘發生的地區是吻合的。

d）部分線路雖然落雷密度并不高，但是由于特殊地形和地質條件，也發生了雷擊跳閘，如地處中條山地區的風運線雖然落雷密度不高，但由于特殊地形，部分桿塔也發生了雷擊跳閘。

2 雷擊跳閘分析

綜合分析超高壓線路雷擊跳閘情況，山西省超高壓輸電線路雷擊具有以下幾個特點。

a）雷擊跳閘相對集中。2008-2010年，線路雷擊跳閘發生在4-9月，但集中于6-8月，約占當年雷擊跳閘總數的3/4，這與該時期雷電活動比較強烈有關。根據雷電定位監測系統的統計分析，全省6-8月雷電數占全年雷電總數的85%以上。

根據統計，2008-2010年的18次雷擊跳閘中，有15次集中發生在13:00-次日02:00這一時間段，可以看出這一時間段時雷電的多發時間，這和山西省降雨的時間規律有關。

b）重合成功率高，對電網影響小。線路雷擊單相跳閘后，一般均能重合成功。2008-2010年的所有18次雷擊跳閘中只有一次由于雷電連續擊中線路造成重合復掉，對電網影響比較小。

c）500 kV線路雷擊跳閘以繞擊居多。對500 kV線路雷擊跳閘進行統計分析，發現500 kV線路雷擊跳閘幾乎都是由于繞擊引起的。根據統計，2008-2010年的18次雷擊跳閘中只有一次判斷為雷電反擊，為忻石二線雷擊跳閘。

d）一般導線水平排列線路的兩邊相、導線三角排列的上線、雙回路鼓形塔的中相雷擊率較高。大部分雷擊都發生在鐵塔上，在檔距和弧垂相對較大時，因邊線暴露角較大，雷擊有可能擊中檔中導線造成線路跳閘（2010年柳呂線跳閘）。

e）山西省超高壓輸電線路雷擊跳閘集中在酒杯型直線塔，同塔雙回桿塔、緊湊型線路桿塔上，數據見表3。

表3 輸電線路發生雷擊跳閘塔型

酒杯塔地線對導線的保護角一般都在10°以上，故邊相容易發生雷電繞擊；同塔雙回線路由于鐵塔較高，地面屏蔽效果減弱，繞擊率比常規線路高，尤其是中相跳線，由于保護角相對較大，是雷擊多發位置；緊湊型直線塔雖然都為負保護角，但仍應注意線路的防雷，且有發生反擊的可能性，這和緊湊型輸電線路空氣間隙較小有關；緊湊型輸電線路耐張塔外角側跳線暴露角較大，容易發生雷擊。

f）發生的18次跳閘中，只有兩次為負保護角，說明負保護角能夠大大降低雷擊跳閘的發生概率。

g）加裝防繞擊裝置確實能有效地防止繞擊的發生，同時加裝防繞擊裝置并不能杜絕繞擊的發生。

h）根據雷擊發生后的故障測距信息，在判斷雷擊地點時，行波測距要比保護測距數據更加準確。

3 雷擊的判斷和應急處置

如跳閘符合下列條件，即可初步判斷為雷電繞擊跳閘。

a）跳閘發生在4-9月之間。

b）線路發生跳閘，重合復掉。

c）根據測距信息，查詢雷電定位系統，測距點附近有雷電活動。

d）查詢當地天氣情況或護線員，確認當時為雷雨天氣或能聽到打雷聲。

e）參考跳閘發生的時間，大部分跳閘發生在13:00-次日02:00之間。

3.1 雷擊故障應急處置

線路故障初步確定為雷擊后，應立即啟動應急預案，組織登塔檢查，如現場仍為雷雨天氣，則先進行線下排查。查線區段的確定應根據故障測距的數據結合雷電定位系統中的落雷區進行明確，故障測距優先參考行波測距數據。

查線過程中應重點查看地線放電間隙、均壓環、桿塔與導線側第一片絕緣子、復合絕緣子傘裙、耐張塔引流線上是否有放電痕跡。

重點排查位于特殊區段的桿塔，由于山西多山區，要特別注意位于邊坡地形或孤山頭上的桿塔。

4 防雷治理

由于雷電活動的特殊性，要從根本上杜絕雷擊故障的發生是非常困難的，也是不現實、不科學的。但雷電活動具有統計規律，在充分掌握規律的前提下，可以因地制宜地采取針對性防雷措施，把線路雷擊跳閘率降低到可以接受的程度。防雷主要的治理措施有以下幾點。

4.1 增加絕緣配置

對于大跨越高桿塔（如：跨河、跨路桿塔）或地處山區易遭雷擊區的線路，加強線路絕緣可以提高其耐雷水平。為保證線路有足夠的絕緣強度，應定期進行絕緣子零值檢測；對于復合絕緣子，應適當加長10%～15%，運行復合絕緣子可通過在接地側加1～2片瓷絕緣子解決。

4.2 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻是提高線路反擊耐雷水平的根本措施。接地降阻劑對接地體能產生嚴重的腐蝕，已明確規定禁止使用降阻劑，因此定期檢查消缺為目前措施。線路防雷檢查、防雷改造應在雷擊跳閘高峰來臨之前完成，一般不得超過4月中旬。

4.3 雙回路采用不平衡絕緣技術

對于同塔雙回線因國內一般采用不平衡絕緣技術（其中一回比正常絕緣的另一回線路增加部分絕緣），避免雙回線同時跳閘，減小跳閘對系統的沖擊。

4.4 大檔距線路減小導地線弧垂

隨著導地線弧垂的增加線路耐雷水平逐漸降低。因此，對大檔距線段，還要充分認識到導地線弧垂的影響。

4.5 防止雷電繞擊

一般，山區線路的繞擊率是平原線路的3倍[1]。防止繞擊的主要措施有減小保護角、降低桿塔高度、加裝桿塔側針或柔性防繞擊側針。

4.5.1 減小保護角

山區線路應采用較小的保護角，甚至負保護角。500 kV線路及重要電源線應架設雙避雷線，防雷保護角應不大于10°[2]。

4.5.2 降低桿塔高度

降低桿塔高度可以增加地面的屏蔽作用，減少繞擊事故的發生。

4.5.3 加裝桿塔側針和子地線及柔性防繞擊針

對于運行中的線路多采取加裝塔側針、子地線和柔性防繞擊針來防止繞擊跳閘。2011年3月4日，河北某公司500kV辛聊I線N132塔架空地線在地線防繞擊防雷側針線夾出口處斷線，造成導地線短路，故防繞擊針在使用時要慎重，加裝柔性連接，并經過專業部門認定。

4.5.4 安裝線路避雷器

線路型避雷器作為防雷新技術已經在國內開始應用，取得了比較好的防雷效果。但線路型避雷器價格比較高，需進行技術、經濟比較，易擊段、易擊桿、易擊相的選擇就顯得比較重要。另外，同塔雙回路線中上加裝避雷器較為困難。

4.6 防雷措施的選擇

從上面的分析可以看出，防雷措施的選擇要因地制宜才能取得良好的防雷效果。

在設計階段，易發生雷擊的區段應盡量采用負保護角的桿塔，可以大幅降低雷擊的可能性，并適當減小桿塔高度、檔距，增加絕緣配置。

防止反擊最重要的措施就是降低桿塔接地電阻，在雷雨多發季，要根據情況適當增加檢測頻次，尤其是緊湊型輸電線路要預防反擊的發生。

防止繞擊的主要措施是加裝各類輔助裝置。

a）加裝防繞擊側針要注意安全性，采用柔性連接的側針，并經過專業部門認定。

b）對于同塔雙回線路，應采用桿塔側針或防繞擊側針，不適合加裝避雷器。

c）緊湊型輸電線路耐張塔可加裝子地線或桿塔側針。

d）選擇避雷器作為防雷手段時，要著重考慮其經濟性，并定期跟蹤其動作次數，對避雷器的防雷效果進行評估。

［1］ 郭謖.雷電定位系統在輸電線路雷擊故障點巡查中的應用及分析［J］.浙江電力，2011（2）:24-26.

［2］ 劉安偉，王瓊晶.輸電線路防雷措施效果淺析［J］.四川電力技術，2011，34（1）:61-64.