淺談四川高海拔地區(qū)500 kV輸電線路防雷措施

摘 要：概述了四川省高海拔地區(qū)地理位置、地形地質(zhì)等基本情況，簡要分析了地閃密度實際情況。根據(jù)近年來雷擊跳閘情況，結(jié)合典型500 kV線路設(shè)計情況，從減小地線保護(hù)角、加強(qiáng)線路絕緣、降低接地電阻、加裝線路避雷器等方面提出防雷措施，以期為同類工程設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路；雷擊跳閘；防雷設(shè)計

中圖分類號：TM726.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）03-0039-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.010

0? ? 引言

截至2022年底，四川電網(wǎng)擁有500 kV變電站60座、500 kV線路19 585 km，線路長度全國第一，多位于甘孜州、阿壩州和涼山州（以下簡稱“三州”地區(qū)）。“三州”地區(qū)重要水電送出通道分布較多，隨著甘孜、阿壩、攀西等交流特高壓工程的建設(shè)，配套500 kV線路規(guī)模還將進(jìn)一步增加。近年來，“三州”地區(qū)雷電活動頻繁，綜合地閃密度相對較高，500 kV線路雷擊跳閘頻發(fā)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。本文簡要分析了四川高海拔地區(qū)500 kV線路雷擊跳閘情況，提出了多種防雷措施。

1? ? 雷擊跳閘情況

1.1? ? 雷電活動情況分析

根據(jù)四川電網(wǎng)雷電監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，2013—2022年10月四川省共計發(fā)生雷電主放電和回?fù)? 924.18萬次，年平均192.4萬次，年平均綜合地閃密度3.98次/km2。2013年全川雷電活動最為強(qiáng)烈，總次數(shù)達(dá)438.5萬次，其他各年在100萬次到200萬次間徘徊。2022年1月—10月，四川省發(fā)生雷電主放電和回?fù)艄灿?83.45萬次，綜合地閃密度3.80次/km2。與上年相比，2022年川西的涼山和攀枝花、川南的宜賓和瀘州、盆地邊緣的雅安雷電活動有大幅度增加，上述地區(qū)綜合地閃密度處于D1及以上；川西的甘孜中部、阿壩局部區(qū)域雷電活動也有增加；川北雷電活動明顯減弱。

根據(jù)收集的相關(guān)雷擊跳閘數(shù)據(jù)，近年來雷擊跳閘次數(shù)逐年上升，僅2022年上半年，四川共發(fā)生500 kV輸電線路雷擊跳閘20次，與2021、2020、2019、2018年同期相比，分別增加了10次、1次、2次和0次，其中6月發(fā)生雷擊跳閘14次，占70%。對跳閘線路情況進(jìn)行分析可見，500 kV東天一二線跳閘次數(shù)最多，雷電流最大。500 kV東天一二線自投運以來共計發(fā)生雷擊跳閘53次，其中一線33次、二線20次，線路跳閘主要發(fā)生在涼山州境內(nèi)，平均雷擊跳閘率分別為1.278次/（百公里·年）、0.771次/（百公里·年）。其中雷電繞擊跳閘42次，約占79.2%；雷電反擊跳閘11次，約占20.8%（同塔雙回同跳6次）。

1.2? ? 跳閘情況分析

1.2.1? ? 地理位置

四川位于中國大陸地勢第一級青藏高原和第二級長江中下游平原的過渡帶，高低懸殊，西高東低的特點特別明顯。西部為高原、山地，海拔多在3 000 m以上；東部為盆地、丘陵，海拔多在500～2 000 m。地形地貌差異極大，包括高山峽谷、高山草原、草原湖泊、丘陵風(fēng)化沙石帶、終年冰川雪山，礦產(chǎn)資源豐富，易形成復(fù)雜多變的雷電災(zāi)害。

結(jié)合往年雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)，盆地地區(qū)雷電密度值較高，高原地區(qū)雷電密度值較低，盆地到高原的過渡區(qū)域、盆地內(nèi)的丘陵地區(qū)是雷電密度最高的區(qū)域。

500 kV東天一二線起于錦屏二級電站，止于南天500 kV變電站，其中一線長287.923 km，二線長288.24 km，20 mm及30 mm冰區(qū)按單回架設(shè)，其余按同塔雙回架設(shè)。線路于2013年12月建成投運，途經(jīng)涼山州西昌市、冕寧縣、喜德縣、越西縣、甘洛縣和樂山市金口河區(qū)、峨邊縣、沙灣區(qū)、市中區(qū)、峨嵋山市共10個地區(qū)。線路穿越川西高原與四川盆地的過渡地帶，沿線屬川西南山地地貌區(qū)，海拔高程400～3 500 m。線路途徑區(qū)域礦藏資源豐富，埋藏淺，易引雷。

1.2.2? ? 地閃密度

根據(jù)雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，各年密集落雷區(qū)段有所不同，沿線地閃密度最高的區(qū)段如表1所示。

查詢《國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)雷區(qū)分布圖》（2020年版）[1]顯示，線路沿線地閃密度為B2、C1級，與實際地閃密度C2、D1級差異較大。經(jīng)咨詢四川電科院，因原來部分地區(qū)雷電探測站點少，站間距大，導(dǎo)致雷電探測精度不足，《國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)雷區(qū)分布圖》（2020年版）不能準(zhǔn)確反映實際數(shù)值。近年來，雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測布點逐年增多，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也逐年提升，能為今后的輸電線路防雷設(shè)計提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，500 kV東天一二線沿線實際地閃密度遠(yuǎn)高于國網(wǎng)雷區(qū)分布圖，實際運行平均雷擊跳閘率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DL/T 2209—2021《架空輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)則》[2]規(guī)定的控制參考值0.14次/（百公里·年）。因此，提高輸電線路耐雷水平，對于保障線路安全運行很有必要。

2? ? 防雷措施

根據(jù)《國家能源局關(guān)于印發(fā)<防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2023版）>的通知》（國能發(fā)安全〔2023〕22號，以下簡稱“二十五項反措（2023版）”）及行業(yè)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，對于500 kV及以上電壓等級線路，設(shè)計階段應(yīng)計算線路雷擊跳閘率，若大于控制參考值[折算至地閃密度2.78次/（km2·a）]，則應(yīng)對500 kV（750 kV）及以上電壓等級的超、特高壓線路按段進(jìn)行雷害風(fēng)險評估，對高雷害風(fēng)險等級（Ⅲ、Ⅳ級）的桿塔采取防雷優(yōu)化措施。具體建議如下：

2.1? ? 減小地線保護(hù)角

根據(jù)二十五項反措（2023版）14.2.4條，在設(shè)計階段，500 kV交流線路處于C2及以上雷區(qū)的線路區(qū)段，其保護(hù)角設(shè)計值減小5°。

根據(jù)設(shè)計規(guī)范，500 kV單回線路保護(hù)角度不宜大于10°，500 kV東天一二線實際地線保護(hù)角為耐張塔9°、懸垂塔8°。

《電力工程設(shè)計手冊 架空輸電線路設(shè)計》[3]中山區(qū)線路繞擊率計算如下：

log Pθ=α/86-3.35

式中：Pθ為山區(qū)線路的繞擊率；α為避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角；ht為桿塔高度。

由上式可知，地線保護(hù)角越小，線路繞擊率越低。

經(jīng)測算，減小地線保護(hù)角后，桿塔重量變化如表2、表3所示。

根據(jù)表2、表3可知，受導(dǎo)地線偏移影響，直線塔保護(hù)角度減小到-7°比5°時塔重更有優(yōu)勢，耐張塔保護(hù)角度減小到-6°和5°時塔重基本相當(dāng)。建議將直線塔和耐張塔均減小到負(fù)保護(hù)角，可有效降低線路繞擊率。

2.2? ? 加強(qiáng)線路絕緣

根據(jù)DL/T 2209—2021《架空輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)則》，對于500 kV及以下電壓等級線路，可采取加強(qiáng)線路絕緣的措施。根據(jù)線路桿塔雷擊風(fēng)險程度不同，絕緣子（串）長度宜加長10%～20%。

考慮500 kV線路絕緣子片數(shù)較多，且受限于通用設(shè)計桿塔電氣間隙。參考西藏地區(qū)相同海拔線路絕緣配合配置原則，在滿足通用設(shè)計桿塔電氣間隙的前提下，絕緣子長度可增加10%，即絕緣子片數(shù)增加4片，按《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》相交法計算了高海拔區(qū)段線路跳閘率，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，加強(qiáng)絕緣后，線路雷擊跳閘率滿足DL/T 2209—2021《架空輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)則》要求。

2.3? ? 降低接地電阻

對一般高度的桿塔，降低接地電阻是提高線路耐雷水平、防止反擊的有效措施。現(xiàn)行規(guī)范對桿塔接地電阻也提出了明確要求，同時根據(jù)《關(guān)于印發(fā)<四川省電力公司電網(wǎng)裝備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行）>的通知》（川電生技〔2010〕229號）第7.6.7條，建議500 kV輸電線路接地電阻按表5要求執(zhí)行。

四川高海拔區(qū)域沿線氣候條件惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，重冰區(qū)、無人區(qū)相對較多，運輸距離遠(yuǎn)，建設(shè)施工難度大，且生態(tài)環(huán)境相對較脆弱。部分區(qū)段表層土質(zhì)主要由碎石土及巖石組成，因此土壤電阻率值普遍較高，特別是地形陡峭段土壤電阻率值極高。為減小施工難度，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，保證線路接地質(zhì)量，在接地電阻難以滿足要求時，可考慮加裝接地模塊、緩釋型離子接地體以及石墨基柔性接地體等多種型式接地裝置。其中緩釋型離子接地裝置用于土壤電阻率很高、場地狹窄、常規(guī)射線不便敷設(shè)的地區(qū)；石墨基柔性接地體施工不用水，施工方便、耐腐蝕，且降阻效果好。

2.4? ? 加裝線路避雷器

對減小地線保護(hù)角、加強(qiáng)線路絕緣、降低接地電阻實施較困難或代價較高的線路，可加裝線路避雷器。根據(jù)以往工程設(shè)計及運行經(jīng)驗，500 kV線路一般選擇安裝帶支撐件間隙線路避雷器。

目前，線路避雷器已在西藏高海拔地區(qū)廣泛應(yīng)用，如500 kV川藏聯(lián)網(wǎng)工程、500 kV阿里聯(lián)網(wǎng)工程等。考慮到近年來高海拔地區(qū)雷擊事故頻發(fā)，可參考西藏地區(qū)同類工程設(shè)計經(jīng)驗，由于可研階段暫未開展終勘定位工作，難以提供線路詳細(xì)數(shù)據(jù)，故建議在可研階段計列避雷器設(shè)備及安裝費用（一般按10%～30%塔基數(shù)量計列）和雷害風(fēng)險評估費用，在初步設(shè)計階段開展雷害風(fēng)險評估，根據(jù)雷害風(fēng)險評估各相雷擊跳閘率結(jié)算結(jié)果，對高雷害風(fēng)險等級（Ⅲ、Ⅳ級）的桿塔加裝線路避雷器。

3? ? 結(jié)論及建議

1）在設(shè)計階段應(yīng)進(jìn)一步收集雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)線路沿線實際地閃密度，對于C2及以上雷區(qū)的線路區(qū)段地線保護(hù)角設(shè)計值按減小5°設(shè)計。

2）在高海拔區(qū)域，對于線路絕緣配置可參照西藏地區(qū)同類工程進(jìn)行適當(dāng)提高，根據(jù)通用設(shè)計桿塔型式，結(jié)合桿塔雷擊風(fēng)險程度不同，絕緣子（串）長度宜加長10%～20%。

3）對于場地狹窄及土壤電阻率較高的塔位可采取加裝接地模塊、緩釋型離子接地體以及石墨基柔性接地體等綜合措施，以進(jìn)一步降低桿塔的接地電阻。

4）對線路雷擊跳閘率大于控制參考值的線路進(jìn)行雷害風(fēng)險評估，對高雷害風(fēng)險等級（Ⅲ、Ⅳ級）的桿塔采取加裝線路避雷器等防雷優(yōu)化措施。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)雷區(qū)分布圖（2020年版）[M].北京：中國電力出版社，2020.

[2] 架空輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)則：DL/T 2209—2021[S].

[3] 中國電力工程顧問集團(tuán)有限公司，中國能源建設(shè)集團(tuán)規(guī)劃設(shè)計有限公司.電力工程設(shè)計手冊 架空輸電線路設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2019.

收稿日期：2023-09-22

作者簡介：張磊（1987—），男，湖北宜昌人，工程師，從事輸電線路設(shè)計工作。