架空输电线路雷击事故分析及对策

杨俊武1，姚璞1，李枚2，龙涛1，何畏1

(1.国网湖南省电力有限公司湘潭供电分公司，湖南湘潭411100；2.国网湖南省电力有限公司岳阳供电分公司，湖南岳阳414000)

摘 要：通过对近几年架空输电线路雷击跳闸事故的专项调查，分析了某地区35 kV及以上输电线路雷击事故特点与原因，根据该地区雷电活动及输电线路实际运行状况提出了 “改造接地电阻为主，加装避雷线、避雷器为辅”的防雷对策，以达到提升输电线路防雷水平、降低雷击跳闸率、保护输电线路安全稳定运行的目的。

关键词：输电线路；雷击事故；防雷对策；雷击跳闸；雷击分析

架空输电线路作为电网的重要组成部分,架设路径大多为高山、旷野或丘陵,且基本采用高塔架设,大部分暴露在自然环境之中,极易受外界环境影响和破坏〔1-3〕。通过近几年架空输电线路跳闸停电事故调研发现,雷击在输电线路跳闸事故中占较大比重,且大多难于防范〔4〕。国内各地区电网在架空输电线路防雷实践应用中大多采用架空避雷线、装设避雷针等单一防雷措施〔5-6〕,防雷效果有待进一步检验。有效筑牢架空输电线路防雷水平,减少雷击停电事故,确保输电线路安全稳定运行,具有重要意义。

1 雷击事故统计分析

1.1 雷击事故统计

湖南省某地区电网输电线路运行状况统计结果显示,引起线路跳闸的主要原因为雷击。如2016年35～220 kV线路跳闸48条次,雷击跳闸为35次,占全年72.9%,2017年35～220 kV线路跳闸31条次,雷击跳闸为14次,占全年跳闸45.16%,2018年35～220 kV线路跳闸70条次,雷击跳闸为57次,占全年跳闸81.43%。其中2016—2018年雷击跳闸统计情况分别如图1—2、表1—2所示。

图1 2016—2018年湖南某地区输电线路跳闸情况统计

图2 2016—2018年雷击跳闸事故分布

表1 2016—2018年雷击跳闸情况统计 次

年份 2016 2017 2018 总计1月 0 0 0 0 2月 0 0 0 0 3月 2 1 16 19 4月 7 0 6 13 5月 5 1 2 8 6月 3 2 7 12 7月 11 2 4 17 8月 7 7 21 35 9月 0 1 0 1 10月 0 0 0 0 11月 0 0 1 1 12月 0 0 0 0总计 35 14 57 106

表2 2016—2018年雷击跳闸统计

电压等级/kV跳闸率/次·(百公里·年)-1跳闸次数/次2016年 2017年 2018年2016年 2017年 2018年35 0.089 8 0.044 0 0.189 4 27 13 54 110 0.009 4 0.002 1 0.006 2 6 1 3 220 0.005 2 0 0 2 0 0

1.2 雷击事故特点

1)电压等级越低,雷击故障发生率越高。从表2可以发现近3年来35 kV线路的雷击跳闸率、雷击跳闸次数均远高于其他电压等级线路,累积达94次,占88.68%。110 kV线路雷击跳闸率、雷击跳闸次数次之,占9.43%。220 kV线路雷击跳闸率、雷击跳闸次数最低,仅为2次,占1.89%。

2)每年3—8月为雷击跳闸事故高发期。表1、图2表明2016年3—8月雷击跳闸次数占全年雷击跳闸的 100%、2017年为 92.86%、2018年为98.24%。

3)雷击事故绝大部分为瞬时性故障,重合成功率极高。2016年雷击重合率100%,2017年雷击重合率100%,2018年雷击重合率91.23%。

4)雷击事故导致的永久性故障主要表现为导线断线、跳线断线等。永久性雷击故障所占比例不高,但雷击断线的故障时有发生,如2018年该地区3—4月就发生2起雷击断线事故。

5)绝大多数易遭雷击线路杆段位于山地 (山顶、山腰)、农田。2016年山地雷击占50%、农田雷击占50%,2017年山地雷击占78.57%、农田雷击占21.43%,2018年山地雷击占66.67%、农田雷击占33.33%。

1.3 雷击事故原因分析

1)气候因素。从该地区专业气象台发布的气象数据信息可以了解到,2016年、2018年偶数年为 “雷电大年”,3—8月雷电活动明显增强,2017年奇数年为 “雷电小年”,雷电活动相比 “雷电大年”较弱,这与3—8月为雷击跳闸高发期及2016年、2018年雷击跳闸次数远高于2017年雷击跳闸次数相吻合。另外,受城乡结合处冷热气流交汇影响,近3年来雷电多半在低山-丘陵区域集中出现,与绝大数易遭雷击线路杆段位于山地 (山顶、山腰)、城郊区农田实际情况相符。

2) 在光合特性方面,外源压力处理对砂土中Pn，T和Gn的影响与黏土一致,即在每个生育期,Pn在T2处理中高于T3,这与外源压力处理下砂土中甘薯生物量的变化趋势一致．生育期、外源压力和土壤类型对Pn/T的影响并不一致,其中外源压力与Pn/T之间没有显著关系,而生育期和土壤类型对Pn/T具有显著影响．

2)平行线路少。雷击跳闸率较高的另一个原因是雷害严重区段线路多半为单回线路走廊,缺乏平行线路的屏蔽和分流作用。

3)缺乏有效的防雷手段。35 kV线路雷击故障点大部分未装设避雷线、避雷针,且线路杆段又以高塔架设,暴露在山地 (山顶、山腰)和旷野,暴露弧增大,线路遭受雷击事故概率随之增大。

4)线路接地电阻高,耐雷水平低。通过对雷击事故较多的35 kV、110 kV输电线路近三年来的遥测电阻数值分析及接地引下线缺陷汇总发现,易遭雷击的架空线路多处接地引下线锈蚀达2/3以上,且接地电阻严重不合格。如2018年该地区同时段多次雷击跳闸的某35 kV线路共有杆塔68基,其中接地电阻无穷大有13基,占全线的19.1%,接地电阻大于20 Ω的有23基,占全线的33.8%,这与杆塔接地电阻高,耐雷水平低、易出现雷击反击跳闸情况相符。

研究地位于内蒙古自治区大兴安岭林管局根河市林业局，地处大兴安岭西北坡，东与鄂伦春自治旗相邻，西接额尔古纳市，南与牙克石市相连，北与黑龙江省大兴安岭地区漠河县、呼中区接壤。东西直线距离最宽为198.8 km，南北直线距离最长为240.4 km，总面积 2.001 万 km2。该区地理坐标为50°25′30″～51°17′00″N，120°41′30″～122°42′30″E，海拔在700～1 300 m，地形相对平缓，呈丘陵状台地。

2 架空输电线路防雷对策

1)明确输电线路防雷改造整体原则。采取“改造接地电阻为主,加装避雷线、避雷器为辅”的防雷对策,先是梳理出多雷击、多雷害、接地电阻严重不合格、落雷密度大且平行线路少的线路,并根据线路杆塔所处的地形和土壤电阻率特点,使平地、农田区域线路杆塔接地电阻改至10 Ω以下,山地区域线路杆塔接地电阻改造至20 Ω以下〔8-9〕。对于部分土壤电阻率高、接地电阻大且难以改造的区段线路,则可考虑加装避雷线、避雷器弥补接地网、接地引下线电阻大的不足。

2)制定氧化锌避雷器安装原则。重庆、四川、湖北、江苏、浙江等省已广泛使用氧化锌避雷器用于输电线路防雷,且取得较好的防雷效果。安装氧化锌避雷器后不仅可以显著提高输电线路防雷水平,降低线路雷击反击跳闸率,还可以在线路遭受雷害时,通过泄流功能避免绝缘子闪络、炸裂。

3)装设架空地线,减少保护角。从近3年雷击跳闸事故梳理中可以发现,35 kV及以上电压线路雷击跳闸总数为106次,这其中无架空地线及保护角过大的区段线路雷击跳闸为73次,占68.87%。因此,装设架空地线,减少保护角将有效降低电网的雷击跳闸事故发生率。

下面说明各阶SPP的特点.由于各场量对r的依赖关系不明显，所以我们以一阶模为例，将此依赖关系展示在图2中.

4)合理选择地形架设线路。通过雷击事故研究分析,某些地区较其他地区更易遭受雷击,因此在新建、改扩建输电线路时尽量避免这些不利的地形,如雷电活动重灾区、地质断层地带、高岭潮湿盆地、地下有导电矿石、土壤与岩石交接处等,从根本上减少雷击故障的发生率。

3 架空输电线路防雷改造效果分析

2016—2018年期间,该地区按照 “改造接地电阻为主,加装避雷线、避雷器为辅”的防雷策略,共完成68条110 kV及以上电压等级输电线路防雷改造,加装避雷线38.61 km、避雷器26支,改造接地电阻严重不合格杆塔166基。2017年“雷电小年”110 kV线路雷击事故同比2016年改造前降低83.3%、2018年 “雷电大年”110 kV线路雷击事故同比2016年改造前降低50%。220 kV线路在2017年 “雷电小年”、2018年 “雷电大年”均持续保持了雷击事故零跳闸的良好局面。

4 结语

以湖南省某地区架空输电线路实际运行数据为样本,分析了近3年内35 kV及以上输电线路雷击事故的几大原因,并根据该地区气象因素及线路实际运行状况提出了预防雷击事故的具体策略,使雷击事故跳闸率降到较合理的程度,从而提高架空输电线路的供电可靠性、安全性,同时为今后输电线路防雷工作提供借鉴意义。

参考文献

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Analysis and Countermeasures of Lightning Strike Accidents on Overhead Transmission Line

YANG Junwu1,YAO Pu1,LI Mei2,LONG Tao1,HE Wei1
(1.State Grid Xiangtan Power Supply Company,Xiangtan 411100,China;2.State Grid Yueyang Power Supply Company,Yueyang 414000,China)

Abstract：Through the special investigation on the lightning strike accident of transmission line in recent years,the characteristics and causes of lightning strikes on transmission lines of 35kV and above in some area are analyzed.This paper puts forward the lightning protection countermeasures of“modifying grounding resistance as the main part,installing lightning conductor and arrester as the auxiliary part”according to the lightning activity of this area and the actual operation status of transmission lines,in order to improve the lightning protection level of the transmission line,and reduce the lightning trip-out rate and protect the safe and stable operation of the transmission line.

Key words：transmission line;lightning accident;lightning countermeasures;lightning strike;lightning analysis

中图分类号：TM863

文献标志码：B

文章编号：1008-0198(2019)03-0023-03

doi：10.3969/j.issn.1008-0198.2019.03.006

收稿日期：2019-02-02 改回日期：2019-03-05

作者简介

杨俊武 (1989),男,硕士,助理工程师,从事输电线路防雷技术研究。

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