電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評估

摘要：文章圍繞輸電線路防雷措施的具體特征和防雷措施應用中存在的主要問題，通過研究一種以雷電自然規律為前提、線路自身特點為基礎、各種防雷措施為補充的綜合防雷研究方法，明確電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評估流程，提高輸電線路防雷技術性和經濟性。

關鍵詞：輸電線路；電力系統；差異化；防雷改造措施；評估效果 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM863 文章編號：1009-2374（2016）33-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.011

1 概述

長期以來，雷擊是造成運行電力線路故障跳閘的主要原因。近年來，各級輸電線路大修和技術改造投資逐步加大，通過實施防雷改造來提高桿塔耐雷水平，降低線路雷擊故障率。雖然傳統的防雷措施均得到了廣泛的應用和驗證，但在資金投入有限的條件下，如何有針對性地選取防雷措施，仍然是一大難題。特別是由于輸電線路雷擊跳閘受大氣偶然因素影響，改造后效果難以判斷，對于防雷措施的選擇科學與否都難以得到驗證。因此，需要通過研究一種評估方法，提高防雷方案選擇的科學性和經濟性。

2 傳統防雷措施特征分析

2.1 減小保護角

能夠有效降低繞擊跳閘率，改變線路的保護角的施工難度大、工程量大、費用高、線路停電時間長。

2.2 加強線路絕緣水平

可提高絕緣子U50%的放電電壓，提高線路耐雷水平；施工難度小、費用低、線路停電時間3～5天；受桿塔電氣距離及導線對地、跨越物距離限制。

2.3 降低桿塔接地電阻

優點是能夠有效降低反擊跳閘率；施工難度不大，不需停電；僅對接地電阻嚴重超標的有效。

2.4 架設耦合地線

能夠增大線間耦合系數，提高相鄰桿塔分流作用，降低絕緣子承受的電壓，提高線路耐雷水平。缺點是增加線路運行電能損耗、施工難度大、投資較高、停電時間長，需砍伐線下通道，運行維護工作量增大。

2.5 架設旁路地線

通過提高對導線的屏蔽作用，有效降低繞擊跳閘率；需另外架設桿塔和導線，經濟造價很高。

2.6 加裝保護間隙

通過保護間隙釋放雷電過電壓，保護絕緣子不受損壞，降低線路的雷擊事故率；但是會增大雷擊跳閘率，不宜大范圍推廣。

2.7 安裝可控放電避雷針

在桿塔頂部安裝可控放電避雷針，能夠增強桿塔附近導線的雷電屏蔽能力，能夠降低線路繞擊閃絡率；桿塔接地電阻符合要求時，不會增加桿塔的反擊閃絡率。對于接地電阻較高的桿塔需要同步進行接地網改造。

2.8 安裝線路氧化鋅避雷器

可大幅提高桿塔的耐雷水平，降低線路的雷擊閃絡率，尤其對雷電活動強烈或土壤電阻率高的區域效果明顯。缺點是避雷器成本較高，保護范圍小，僅對安裝桿塔有效，經濟造價較高。

3 防雷措施應用中存在的問題

目前，運行輸電線路開展防雷改造是大修和技術改造的重點內容，但由于投資限制，在防雷措施的選定上存在以下問題：

3.1 措施選擇的依據不明

傳統的輸電線路防雷措施主要依據的是多年來的運行經驗，一方面沒有結合線路走廊的雷電分布特征等雷電客觀規律；另一方面對線路本體的結構、絕緣、通道內地形地貌等影響因素難以綜合考慮，無法準確地評估出安裝防雷措施后的綜合治理效果。

3.2 措施針對性不強

僅對各種防雷措施的優缺點進行定性分析，缺乏定量分析判斷，防雷措施應用后對繞擊率、反擊率的降低效果無理論支撐，而實際效果受跳閘次數偶然因素的制約在短期內無法驗證。

3.3 經濟技術性不高

防雷措施的防護能力、保護范圍和施工造價各不相同，部分措施還需配合采用，在經濟技術性指標上沒有統一的標準，難以比較。

傳統的防雷措施雖然能夠確切地反映線路遭受雷擊后的閃絡風險，但無法確定影響雷擊閃絡風險的各因素，改造措施的針對性不強，技術經濟性不高，同時盡管有些防雷裝置的性能十分優良，但受其保護范圍及造價限制，很難全線進行實施改造，故迫切需要一種以雷電自然規律為前提、線路自身特點為基礎、各種防雷措施為補充的綜合防雷研究方法，“有的放矢”地開展防雷改造。

4 差異化防雷措施的效果評估方法

4.1 評估方式

根據不同的防雷措施選擇方案，計算改造前后輸電線路雷擊跳閘率變化值，進行經濟性評價，選擇經濟性最佳的綜合防雷措施。

4.2 計算依據

依據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（DL/T 620-1997）對桿塔耐雷水平和線路雷擊跳閘率進行計算。

現場數據：收集對應線路的地形地貌、線路結構、線路的防雷特性和近年來雷擊跳閘情況，逐基計算桿塔耐雷水平和雷擊閃絡風險。

雷電數據：根據雷電流幅值雷擊概率分布符合指數分布的規律，以雷電定位系統近5～10年的雷電監測數據為基礎，提取沿線地閃次數、地閃密度等基礎參數，通過大容量數據擬合得到雷電流幅值分布指數。統計數據可采用“線路走廊網格法”，即將線路走廊沿徑向等距劃分成一系列統計網格（區段），獲取線路走廊沿線雷電分布特征和線路運行時的實際雷電參數。

防雷措施投資數據：以近三年湖北地區防雷措施實施的實際工程造價為依據。

4.3 具體流程

4.3.1 建立模型：綜合線路走廊的桿塔信息和雷電活動特征參量，建立對應的研究模型，擬合出線路走廊內雷電流幅值分布指數。

4.3.2 雷擊風險等級評估：結合研究模型，逐基桿塔進行耐雷水平計算。對線路走廊各基桿塔的雷擊閃絡風險進行等級劃分，評價線路的整體防雷水平。

計算每基桿塔（有避雷線線路）的繞擊跳閘率Nr、反擊跳閘率Nf、及跳閘率N。其中跳閘率為：

N=NLη（gP1+PαP2）

式中：

N——跳閘率，次/（100km·a）

NL——平均年雷暴日40天的地區，線路每年的雷擊次數，次/（100km·a）

g——擊桿率

η——建弧率

P1——超過雷擊桿塔頂部時耐雷水平的雷電流概率

P2——超過雷繞擊導線時耐雷水平的雷電流概率

Pα——繞擊率（包括平原和山區）

根據確定桿塔的繞擊跳閘率Nr、反擊跳閘率Nf、跳閘率N分別確定每基桿塔的雷擊閃絡風險。風險評估標準以國家電網公司《110（66）kV～500kV架空輸電線路管理規范》為依據，結合線路實際運行特征來確定。按表1參數對風險評估等級進行劃分。

4.3.3 防雷措施選擇：綜合研究風險評估結果、線路的實際運行情況、現有防雷措施各自的特點等，對各種防雷措施的適用性進行定性分析。按照雷擊跳閘風險等級由高到低的順序，明確防雷改造桿塔的范圍，并根據雷擊風險確定改造次序。結合項目投資情況，制定出多套防雷改造方案供選擇。

改造桿塔范圍應包括：（1）遭受過雷擊的桿塔；（2）雷擊閃絡風險等級為D的桿塔；（3）大檔距轉角塔；（4）極大檔距桿塔。

4.3.4 改造經濟技術性評估：對每套防雷改造方案的技術性和經濟性做出評價。根據選擇的防雷改造方案，計算改造后線路雷擊跳閘率降低值ΔN總=ΣN-ΣN′，其中N、N′分別表示線路改造前后的雷擊跳閘率。

4.3.5 方案選取：以單位投資條件下，雷擊跳閘率的下降幅度更大者為優先選用方案，以達到雷電防護效益的最大化。

5 結語

通過對不同防雷方案進行技術經濟性評價，能夠改變過去單純依靠經驗選擇防雷措施的方法，防雷改造項目的制定更具針對性、合規性，改造后線路耐雷水平的提升效果將更顯著。但由于部分防雷措施的實施單位工程造價差異較大，如單基桿塔安裝避雷器是接地網改造的10倍左右，對于不同的工程投資，仍需根據線路長度、改造緊迫程度等多方面因素綜合考慮。

參考文獻

[1] 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合（DL/T 620- 1997）[S].1997.

[2] 陳家宏，張勤，馮萬興，等.中國電網雷電定位系統 與雷電監測網[J].高電壓技術，2008，34（3）.

[3] 司馬文霞，楊慶，李永福，等.輸電線路雷電繞擊評 估方法分析及展望[J].高電壓技術，2015，41（8）.

作者簡介：付威（1986-），男，湖北安陸人，國網襄陽供電公司工程師，研究方向：電力工程。

（責任編輯：黃銀芳）