上海电网线路防雷分析

顾承昱，张锦秀，任 超

（1.华东电力试验研究院有限公司，上海 200437；2.上海市电力公司，上海 200122；3.中国电力投资集团公司高级培训中心，上海 200240）

1 上海电网雷击跳闸特点

上海电网地处长江三角洲冲击平原地区，土壤电阻率较低，500kV，220kV和110kV线路历年跳闸率较低，而配电线路的雷击跳闸率较高，特别是位于城郊的10kV线路。

10kV配电网中杆塔的平均高度要比较高等级输电线路的杆塔低，在城市中的线路受到建筑物和树木的遮蔽，遭受直击雷的机会相对较少。

位于城郊地区的配电线路，由于架设在空旷的地域，还是容易遭受到雷击。例如：浦东供电公司现有10kV绝缘导线长528.4km，绝缘化率为30.87%；绝缘导线线路有287条，已经安装上电压保护器的线路有69条，仅占24%。大部分线路设备均在郊区或城乡结合部，极易遭受雷击。另外，因10kV配电网电压等级低，其绝缘等级也相对较低，加上线路之间的距离短，遭受雷击后很容易跳闸。2010年上海电网线路的雷击跳闸统计结果如表1所示。

表1 2010年上海电网线路雷击跳闸统计

由表1统计结果可以看出，在配电网的雷害事故中，10kV线路跳闸为1 610次；35kV线路跳闸为86次，约占整个电力系统雷害事故的80%。

随着配电网基础设施的日趋完备，污秽、线路外破等原因导致线路跳闸的次数逐渐增加，雷害已经成为影响10kV配电网安全运行的主要原因。在全社会对供电可靠性要求不断提高的情况下，改善城郊地区10kV配电网防雷性能的工作势在必行，这也是上海电网线路防雷工作的重中之重。

2 雷电对配电线路的影响分析

雷击对配电系统主要有三方面的影响，即雷击跳闸次数较多；雷击跳闸重合不成功；绝缘导线遭雷击断线。

2.1 雷击跳闸次数较多

决定线路雷击跳闸次数的主要因素是：线路走廊内的落雷密度，线路的引雷宽度，线路防雷设计和性能参数。通常，线路的防雷设计是符合技术经济原则的，就是允许线路有一定的可接受的雷击跳闸率。一般来说，雷击跳闸大部分都可以重合成功，对系统的影响较小。因此，对于雷击跳闸次数多的问题需要从局部和全局两个方面考虑。

对于局部地区线路在一次雷电活动中（或一年中）跳闸率增高，需要分析其原因是线路所处的位置雷击活动较强，还是该地区的线路防雷性能较差。如果确认线路防雷性能较差，就要采取针对性的措施。对于上海地区整体来说，线路跳闸次数增多后，其中重合不成功次数也会有一定比例的增加。随着客户对供电可靠性要求的提高和近年雷电活动的增强，有必要采取加强线路的防雷性能等措施来提高供电可靠性。

2.2 雷击跳闸重合不成功

雷击跳闸重合不成功会造成线路较长时间的停电，对系统造成重大的影响，其主要原因是雷击致使设备故障和短时间多次雷击。由于雷电的能量巨大，雷击线路时会引起配电线路上杆变、避雷器和绝缘子等设备的损坏，造成永久性故障，导致雷击跳闸后重合闸不成功。尤其在雷电活动特别频繁的季节，线路雷击跳闸后会紧接着遭受第二次雷击，同样会造成重合闸不成功。

2.3 绝缘导线遭雷击断线

由于绝缘导线在防外破、解决树线矛盾等方面的性能，致使上海电网10kV系统中绝缘导线占了很大比例，同时也大大增加了雷击绝缘导线时断线的概率，并且会发生雷击断线后导线缩进绝缘介质内没有接地信号的情况，很有可能导致人身伤害，是电力系统的一个重大安全隐患。

3 提高配电线路防雷水平分析

3.1 现行防雷措施的标准和要求

在DL／T 620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合标准中和10kV线路防雷相关标准中明确了35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。除少雷区外，3kV—10kV钢筋混凝土杆配电线路，宜采用瓷或其他绝缘材料的横担；如果用铁横担，对供电可靠性要求高的线路宜采用高一电压等级的绝缘子，并应尽量以较短的时间切除故障，以减少雷击跳闸和断线事故。对于雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段，应改善接地装置、架设避雷线、适当加强绝缘或者架设耦合地线。

分析上述标准的要求，对于10kV线路，除了没有要求架设避雷器以外，对防雷的要求还是较高的，这包括加强线路绝缘和减少故障切除时间等措施。从中可以看出上述标准的主导思想形成较早，当时的杆塔绝缘杆（木杆）占了很大的比例，随着近几年的电网快速发展，新线路大多数采用钢筋混凝土杆塔和钢杆，线路的绝缘水平降低很多。

早期标准制定时，10kV线路的可靠性要求远远没有现在高，是以节约投资为主要目的。因此，根据目前的电网建设和需要，适当提高10kV线路的防雷水平是很有必要的。

3.2 上海电网开展配电线路防雷分析

国外在配电网的防雷保护方面进行了大量的研究。例如：日本在6.6kV—20kV线路上，主要采取避雷线与避雷器并用、加强绝缘、设置级差绝缘、改进接地等防护措施，线路的雷害停电事故比改进前取得了明显的效果。

上海地区原来的35kV线路也是严格按照相关技术标准架设，只在变电站附件的进线段安装避雷线，由于发生雷击故障较多，就陆续在全线加装了避雷线。采取此项措施后，35kV线路的雷击跳闸率明显下降，跳闸后基本重合成功。这对10kV的防雷具有很好的参考意义。

另外，在上海部分空旷地区的10kV雷击严重线路，也已经安装避雷线进行研究和探索。例如：靠近虬江码头的虬18线路，长2.72km，其周边没有高大的建筑，但在2001—2003年期间，虬18线路连续发生多起雷击故障，经过2003年8月12加装避雷线后，没有再发生雷击跳闸的故障。

借鉴国内外同行的防雷先进经验，结合上海电网的运行特点，在防雷方面做了大量工作和探索。

1）部分郊区线路增设避雷线 对未安装避雷线的10kV线路增设避雷线，用以提高对导线的屏蔽耦合作用，以及加强对雷电流的分流，降低塔顶电位，提高线路的耐雷水平。

2）提高线路的绝缘水平 采用高一绝缘等级的绝缘子，提高雷电流冲击耐受电压；金具采用剥绝缘层安装的耐张线夹，提高防雷水平和防止绝缘导线遭雷击断线。

3）全线安装防雷击断线装置和防雷金具对早期绝缘导线线路进行改造，全线安装防雷击断线装置和防雷金具，并安装雷击显示装置，提高线路耐雷水平，加快故障点寻找速度，减少运行巡视工作量。

4）利用雷电定位系统结合生产管理系统辅助防雷工作 上海市电力公司的上海电网雷电定位系统目前是一个准实时的雷电观测系统，可以借助雷电定位系统清晰地了解某一时段的雷电分布情况。例如：2010年8月26日，嘉定地区和青浦地区的雷击跳闸特别严重，这和往年的金山地区和奉贤地区等靠近海边地区雷击严重的情况大不相同。通过雷电定位系统的查询，嘉定地区和青浦地区在这一时段落雷明显强于海边的金山地区和奉贤地区，如图1和表1所示。

图1 2010年8月26日上海地区落雷分布

表1 2010年8月26日0：00—23：00时段上海地区落雷数统计

图2是2010年8月份的落雷密度统计分析，可以明显地看出北部的嘉定地区（落雷密度为14.107）以及青浦地区（落雷密度为5.791）的雷电，较南部海边几个地区的雷电活动较强。

图2 2010年8月上海各区落雷密度统计分析

雷电定位系统除了可以比较宏观的、全面的帮助分析落雷情况外，更重要的是可以结合上海电网的生产管理系统（PMS）的详实线路信息，进行线路跳闸的雷击分析，对较长的配电线路雷击故障的排查提供帮助。例如：通过对松江地区10kV线路8起雷击断线故障查询，发现其中6起的定位精度在200m左右，如图3所示。2010年7月4日一次雷电活动引起某条线路跳闸，借助雷电定位系统可以清晰的判断落雷点在线路的东侧（8—12号杆），实际雷击断线为8～10号间断线。这样，对于较长的配电线路，雷电定位系统可以清晰地判断雷击故障点所在线路的区段，协助故障点的查询，缩短雷雨天气下故障排查时间，力争提前恢复送电。

图3 配电线路跳闸雷击相关性查询

3 提高配电线路防雷水平建议

配电线路防雷精细化是今后工作的方向，上海市郊的配电线路由于数量多、分布广和绝缘水平低等诸多原因，很容易受到雷害的影响。上海电网对配电防雷的工作非常重视，通过积极探索，取得了一定的成绩，但在防雷精细化工作方面还应继续加强和给力。为此，提出以下建议：

1）加强雷电数据检测和雷害风险量化评估工作 雷电定位系统在历年的防雷工作中发挥了巨大作用，需要收集好雷电信息和电网跳闸情况，研究科学量化评估雷害风险的方法，使上海市电力公司建立起基于雷电数据检测、雷害风险量化评估的线路防雷设计、建设与改造标准体系，用以降低线路跳闸率，进一步提高设备可靠性。

2）加强线路差异化防雷工作 上海电网涵盖多个市郊的地域，线路杆塔的类型，绝缘化率和目前使用的防雷装置都有所不同，因此要针对各种不同的线路进行防雷改造，采取有针对性的技术措施。

3）加快防雷试点工作及评估防雷效果 针对目前提出的10kV线路上的防雷措施试点工作，在安装试点后需要同密切关注其雷季的运行情况，考虑结合先进的国内外技术安装雷电照相、雷击计数器等就地观测装置，深入进行防雷效果评估，以便为今后的推广应用打下坚实的基础。

4）提高配电网防雷改造资金的利用效率在配电网线路防雷中，线路的绝缘水平与跳闸率有着密切的相关性，为了提高线路的耐雷水平，需要投入大量资金。而配电线路覆盖范围广、数量多，为此，在有限的防雷改造资金的条件下，防雷改造的使用必须突出重点，有必要对各种防雷措施进行试点比对，选择投入相对较少，防雷效果明显（性价比高）的措施，选择重点线路先行安排防雷改造。