JG及ZGUT型铁塔防绕击避雷针的应用

杨振伟，周江波，代晓光，文晓军，谢平，王世洪，季芳，陈键，黄鲁洪

(江西九江供电公司，江西省九江市，332000)

0 引言

国内外的实际运行经验表明，雷击是造成输电线路跳闸的主要原因［1-4］，而绝大部分雷击跳闸又是由绕击引起［5-9］。根据江西省电力公司所辖输电线路近年来的跳闸记录统计，绕击跳闸占雷击跳闸故障的80％以上，绝大部分发生在JG及ZGUT型铁塔上。据统计，江西省电力公司所辖输电线路在运行的JG及ZGUT型铁塔约占全部杆塔的48％。因此，研究这2种塔型的雷电绕击跳闸特性，对提高输电线路运行的可靠性和稳定性具有重要的现实意义。

1 输电线路绕击的原因

雷电绕过避雷针直接击中导线称为绕击，绕击发生的概率称为绕击率。统计资料表明，大量的雷击跳闸故障都是由相对较小的雷电流引起。故障状态下雷电流幅值不大，一般为15～30 kA，远未达到反击的耐雷水平［10］。文献［10］的分析表明，在雷电流相对较小的状态下，地线保护角失效、导线暴露弧增加而造成雷电绕击导线是220 kV及以上输电线路雷击跳闸的主要原因。

输电线路绕击跳闸的特征［11］为：(1)雷电流幅值较小，一般为10～25 kA；(2)山坡杆塔的边坡外侧导线及山顶杆塔的绕击率较高，平原地区杆塔也有一定发生概率；(3)接地电阻较小，大多在10Ω以下；(4)耐张转角塔遭雷绕击的概率较高。

2 输电线路防绕击雷的理论依据

根据输电线路多年的运行经验、现场实测和模拟试验证明，绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及线路经过的地形、地貌和地质条件有关。平原线路为

山区线路为

式中：Pa为绕击率；a为保护角，(°)；h为杆塔高度，m。

输电线路走廊经过的地形对输电线路的绕击耐雷性能有着显著影响，文献［12］指出：山区线路绕击率约为平原线路的3倍。

大量的运行经验及计算表明，当杆塔高度增加时绕击率也会增加［13］。随着杆塔高度的增加，地面的屏蔽效应随之减弱，绕击区变大，使更多的雷电击中导线。当杆塔足够高时，地面的屏蔽作用变得很弱，几乎所有落入垂直平分线以下区域的雷都能击中导线。由此可见，杆塔高度对绕击率的影响不容忽视，因此，为提高输电线路的耐雷水平，应尽量降低杆塔的高度。

保护角对线路绕击率影响的计算结果如图1所示。由图1可知，当保护角增大时，绕击跳闸率呈非线性上升；当保护角小于15°时，保护角对绕击率的影响不大；当保护角大于15°时，绕击率呈倍数增加，这显然对线路的防雷保护不利。从图1的计算结果还发现，保护角对输电线路的屏蔽性能有相当大的影响，保护角越大，线路的绕击率越大；当保护角足够小甚至为负值时，线路的绕击率为0，即认为此时避雷线对导线完全屏蔽。

图1 保护角对线路绕击率的影响Fig.1 The influence of shielding angle on shielding failure rate of transm ission line

3 JG及ZGUT型铁塔绕击跳闸的原因

3.1 雷击跳闸情况

根据江西省220 kV及以上输电线路雷击情况的调研表明，在2007—2010年，江西省500 kV线路中有11次雷击跳闸均为绕击所致、220 kV线路中则占82％，其中220 kV线路的绕击大部分发生在JG型铁塔上。

通过对其中的典型雷击跳闸故障的分析，可以发现220 kV及以上同塔双回线路雷击跳闸共发生15次，且均为绕击，其中：500 kV线路发生2次，为中相故障；220 kV线路发生13次，中相故障11次，上相故障2次。中相故障占总故障次数的86.7％，可见对于同塔双回线路，中相是易遭雷电绕击的薄弱环节。另外，在220 kV同塔双回线路的13次雷击跳闸中，有10次发生在ZGUT1型塔上。因此，有必要分析JG及ZGUT这2种塔型的绕击跳闸原因。

3.2 JG型铁塔绕击跳闸的原因

220 kV柘叶线在线路投运后的当年，16号铁塔的中相跳线串多次被雷电绕击。跳线的防雷保护角为22.6°，绝缘配置为15片防污绝缘子。其中2次绕击的雷电流分别为－52.2、－32.1 kA，接地电阻分别为1.6、1.5Ω。经现场检查发现，16号铁塔中相跳线串整串绝缘子有闪络痕迹。该塔位于斜山坡上，山坡倾角约为45°，塔型为JG。JG型塔的塔头在线运行情况如图2所示。

图2 JG型塔的塔头在线运行Fig.2 On-line operation of JG type tower's head

绝缘子串的绕击耐雷水平为

式中U50％为绝缘子串的冲击放电电压。16号铁塔的绕击耐雷水平为

研究分析表明，造成16号JG型铁塔中相跳线串多次遭雷绕击跳闸的原因是：所处的山坡地形增加了原本已经很大的跳线保护角，雷电流幅值远超过跳线串的绕击耐雷水平。

3.3 ZGUT型铁塔绕击跳闸的原因

220 kV妙市线16号铁塔的中相导线多次被雷电绕击，中相导线的防雷保护角为16°，绝缘配置为复合绝缘子。其中一次绕击的雷电流为－22.6 kA，接地电阻为4Ω。经现场检查发现，16号铁塔中相绝缘子串整串绝缘子有闪络痕迹。该塔所处地形为平原，塔型为ZGUT，ZGUT型塔的塔头在线运行情况如图3所示。

图3 ZGUT型塔的塔头在线运行Fig.3 On-line operation of ZGUT type tower's head

ZGUT型塔的结构特点是中相横担比上层横担长2.25～2.3 m，保护角为16°～17°，比上相保护角大4°左右，因此被雷电绕击的概率比其他两相大。

分析表明，造成220 kV妙市线16号塔中相导线多次遭雷电绕击跳闸的原因是中相保护角较大、雷电流幅值远超过绝缘子串的绕击耐雷水平。

通过对JG及ZGUT这2种塔型绕击跳闸的原因分析表明，保护角较大是造成这2种塔型遭雷电绕击的主要原因，而其他如杆塔高度、地形、地貌等因素，虽然对雷电绕击也有重要的影响，但由于220 kV线路的绕击耐雷水平仅为12 kA，只要雷电流绕过了架空地线，基本上就会造成线路跳闸。因此，减少JG型塔的中相跳线保护角和ZGUT型塔的中相导线保护角是解决这2种塔型绕击跳闸的根本方法。

4 JG及ZGUT型铁塔的防绕击避雷针

4.1 基本目标

安装在导线悬挂点横担处的防绕击避雷针，能最大限度地降低JG及ZGUT型铁塔的绕击跳闸率，其作用是减小JG型塔的中相跳线保护角和ZGUT型塔的中相导线保护角。

4.2 主要技术性能指标

防绕击避雷针长为 1.075和 1 m，质量大于10 kg，抗风能力不低于35 m/s，保护范围大于27 m，通流容量不低于1 000 kA。

4.3 运行经验

输电线路近年来的雷击跳闸数据表明，2010年在绕击跳闸率较高的220 kV柘叶线安装JG及ZGUT型铁塔的防绕击避雷针(TH型避雷针)4支，经过1年的雷雨季节考验，实现了零跳闸；2011年初通过了科技成果技术鉴定，并在220 kV浔妙Ⅰ线、浔妙Ⅱ线、浔沙Ⅰ线、浔沙Ⅱ线、妙市线、浔市线及浔港线进行了推广应用。目前已在九江地区安装了TH型避雷针约300余套，运行至今未发现滑移、旋转、松动等异常现象，运行稳定、状况良好，安装线路均未遭受雷击。避雷针的在线运行情况如图4所示。

图4 避雷针在线运行Fig.4 On-line operation of lightning rod

4.4 技术经济分析

目前防止雷电绕击跳闸的主要措施有：安装线路型避雷器、侧向避雷针、防绕击避雷针及研发小保护角塔等。线路型避雷器成本较高，安装位置难以确定；安装侧向避雷针后引雷效果增大，增加了被雷电反击的概率；防绕击避雷针入网运行时间短且安装范围小，防雷效果有待于逐步验证；开发小保护角塔属重大结构调整，费用较大且仍会屏蔽失效，很少在实际工程中应用。

安装TH型避雷针，可以有效填补常规防雷方法的不足，更好地降低线路的雷击跳闸率，并且所需费用较低，因此 TH型避雷针在经济上具有显著的优势。

5结论

(1)避雷线屏蔽失效是造成220 kV及以上输电线路雷击跳闸的主要原因，因此防雷的重点是防止绕击雷。

(2)杆塔高度越高、保护角越大，线路绕击跳闸率也就越高。

(3)TH型避雷针的优点在于不需要改变原有线路的布置，结构简单、安装方便，不需要停电安装。

(4)TH型避雷针可以减小JG型塔的中相跳线保护角和ZGUT型塔的中相导线保护角，结构简单、方便加工，是一种提高JG及ZGUT型铁塔防雷能力的经济、可行的方法，值得进一步研究。

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