高压输电线路雷击故障分析

熊猛，罗翔

(1.云南电网有限责任公司西双版纳供电局，云南 景洪 666100；2.海南电网公司海口供电局，海口 570206)

高压输电线路雷击故障分析

熊猛1，罗翔2

(1.云南电网有限责任公司西双版纳供电局，云南 景洪 666100；2.海南电网公司海口供电局，海口 570206)

架空输电线路作为电网的重要组成部分，其分布广且线路长，大部分输电线路处于野外环境中.所以在雷雨季节受到雷击的可能性非常大。线路受到雷击，不仅对线路造成严重的损坏，同时威胁变电站的安全运行，以及整个电力系统供电的可靠性。现就我局新建220 kV景黎线一起雷击跳闸故障，结合输电线路的实际运行与防雷现状进行原因分析，在此基础上探索有效的防雷保护措施，以提高我局架空输电线路的防雷能力。

架空输电线路；雷击跳闸；思考与探索

0 前言

高压输电线路架设在野外，其运行条件极易受所处环境、气候、地理位置的影响，比电力系统其他元件所处环境更加复杂，遭受雷击的概率要远高于其他电力系统元件。我局地处热带雨林的西双版纳，雨水充足，雷电活动频繁。雷击跳闸故障，给输电线路造成了较大的威胁，严重影响了其输电线路的安全稳定运行。对每一起雷击跳闸故障收集相关数据，认真分析原因，积累运行经验，探索相关预防措施，完善输电线路防雷技术，有效提升抵御雷击事故能力，提高安全可靠输电水平，是当前输电线路设计、施工、运行和维护的一项重点工作之一。

1 线路概况

220 kV景黎线全长61.168 km，共有铁塔126基。其中#1～#114塔与220 kV黎曼线同塔双回架设，布置方式为垂直排列 (上C、中B、下A)，地线为GJX-80和GJ-50，导线为2×JL/G1A-300/40钢芯铝绞线 (GB/T 1179-2008)，绝缘布置为耐张串18片、跳线串采用16片U70BL的钢化玻璃绝缘子。

2 跳闸情况

220 kV景黎线跳闸。

220 kV黎明变电站，主一保护：光纤电流差动出口，接地距离Ⅰ段出口，B相故障，重合闸动作成功，测距38.25 km。主二保护：接地距离Ⅰ段出口，B相故障，重合闸动作成功，测距38.25 km。故障录波器：B相故障，测距38.031 km。

220 kV景洪电站，主一保护：光纤电流差动出口，B相故障，重合闸动作成功，测距16.88 km。主二保护：纵联距离出口，接地距离Ⅰ段出口，B相故障，重合闸动作成功，测距 16.88 km。故障录波器：B相故障，测距16.816 km。

巡视发现220 kV景黎线#98塔 (耐张塔)，B相引流线绝缘子串第1片和第16片有明显的闪络痕迹。绝缘子串无破损，暂不影响线路带电。现场实测量接地电阻值为：A腿：9.7 Ω；B腿：9.9 Ω；C腿：9.7 Ω；D腿：9.9 Ω，设计值为20 Ω，接地网电阻值均合格。

3 原因分析

3.1 线路绝缘水平

220 kV景黎线和220 kV黎曼线同塔架设，为了避免雷击引起双回线路同时跳闸，因此两条线路绝缘采取差绝缘布置。220 kV景黎线耐张塔采用玻璃绝缘子18片，引流串采用16片，直线塔采用17片，绝缘水平满足规程要求。查看绝缘子出厂实验报告，绝缘子50%的冲击放电电压为100 kV。同时该线路处于非污秽区。通过现场检查#98塔除B相引流线绝缘子串第1片和第16片闪络，其他串无自爆绝缘子。因此可排除事故线路绝缘水平低下的影响因素。

3.2 对地间隙

为了保护环境，减少对林木的砍伐，全线采用高跨越的形式架设。220 kV景黎线#98塔设计最小电气间隙为1.45 m，验收实测为2.03 m，满足要求。#98塔塔型为SJC341-36，呼称高36 m，相邻橡胶树的高度在18～24 m之间，在设计气象条件最高气温35℃时，#97～#98塔、#98～#99塔前后挡弧垂分别为53.595 m和3.360 m。而#97与#98塔分别位于两个山头上，中间跨越一个大深沟，弧垂最低点位于大深沟内，因此#98塔带电部分对地间隙满足要求，从而可排除事故线路带电部分对地间隙不足的影响因素。

3.3 架空地线保护角和杆塔接地

根据相关规程与运行经验，同塔双回或多回路，110 kV线路的保护角不宜大于10度，220 kV及以上线路的保护角均不宜大于0°。本线路# 98塔220 kV景黎线与220 kV黎曼线同塔架设，采取了全线架设双地线，作为防雷的主要措施。# 98塔地线对B相导线的实际保护角为0°，因此可排除事故线路保护角及避雷线布置的影响因素。

经过现场实测量接地电阻和查看相关资料，# 97杆塔工频接地电阻值为25 Ω，根据现场实际勘察，#97～#98档距内未跨越其他任何线路，#98～#99档距内未跨越其他任何线路。因此可排除事故线路相互交叉跨越距离的影响因素。

4 事故杆塔地理位置及高度

线路沿线主要地貌单元大部分属中低山地貌，少量丘陵及冲积平地。地面高程介于586 m～1042 m，相对高差介于150 m～400 m，山坡自然坡度15°～40°不等。考虑对沿线相邻橡胶树林的保护，该线路全线采取高跨越方式，杆塔整体高度相应增高。经过现场实际勘察和查看相关资料，#97与#98塔分别位于两个山头上，中间跨越一个大深沟，档距为920 m，高差为57 m。#98与#99塔位于一个山头，#98～#99档距为220 m，高差为94 m。#98塔的高程为830 m，塔全高54.6 m，高出四周物体约30 m，又地处半山坡迎风面，深沟处还有一条水沟。客观上处于易遭雷击的地带环境。

从下两式可知，线路落雷次数与线路绕击率都与杆塔高度有关，线路落雷次数：

式中：γ为地面落雷密度，Td为年雷暴日数；b为避雷线间距，hg为地或导线平均高度。

线路绕击率：

式中：α线路保护角；h为杆塔高度

因此判断#98塔突出的易击地理位置及杆塔高度，成为本次雷击的影响因素。

5 事故分析

根据调查统计可知2013年版纳地区雷暴日为333，雷电小时为3 313，总雷电数为71 939，总回击数为138 355，最大雷电流幅值为537.2 kA，放电次数平均在3次及以上。结合2013年版纳地区雷电流积累概率分布，本线路处于雷击活动强烈地区，成为本次雷击的影响因素。

架空输电线路的雷击事故主要有雷电流绕击与反击。绕击与雷电流幅值及避雷线保护角有关；反击与杆塔地网电阻及雷电流幅值、雷电流最大陡度有关。

式中：U50—绝缘子串的50%冲击放电电压

反击耐雷水平：

式中：hg—地线平均高度，ha—杆塔横担高度，ht—杆塔平均高度，hc—导线悬挂点平均高度，Ri—杆塔冲击接地电阻，β—杆塔分流系数，Lt—杆塔等值电感，k—电晕修正后耦合系数，k0—避雷线与导线间的几何耦合系数。

把线路的基础数据输入以上式3，式4，#98塔反击耐雷水平计算値约为94.118 kA，绕击耐雷水平计算値为16 kA。满足于220 kV输电线路典型设计的杆塔 (75～110 kA)的耐雷水平。对于110 kV及以上线路，当雷电流幅值超过或接近线路的反击耐雷水平时出现反击的几率较大，当雷电流幅值比较小时发生绕击的概率相对较大。# 98塔地处半山坡迎风面，雷击B相处于下山坡侧，同时跨越有水沟的深沟；加上雷电定位系统测得的跳闸当日#98塔的雷电流幅值为-54.7 kA；再有#98塔是鼓型塔，地线保护角为0°，出现B相引流线绝缘子串第1片和第16片有明显的闪络痕迹。综上各种情况，雷电绕击导线，成为本次雷击的影响因素。

6 改进措施

220 kV景黎线为新架线，采用了双架空地线、0°保护角、钢化玻璃绝缘子差绝缘布置、合格的接地电阻与对地间隙等，较完善的常规防雷方法。介于我局高压输电线路，地处热带雨林、雷电活动频繁的西双版纳地区，还应结合实际的地理环境、运行条件、线路特点，思考与探索更具有针对性，综合性的防雷技术及措施，有效降低雷击故障率，提高我局架空输电线路的安全稳定运行能力。

6.1 设计方面

1)雷电日与跳闸的次数成线性关系，随着雷电日增多跳闸次数也就越高。高压输电线路的设计需要有效的雷电数据，然而目前我国输电线路设计主要依赖于工程实施地区长期观测统计结果，虽然这些数据具有一定的规律性，但是并不能够准确的反映出当地雷电活动，而输电线路建设需要精确有效的数据作为其设计的依据，当前参数之间存在的差异性，影响着输电线路防雷能力的设计和性能。在输电线路设计和建设阶段，充分调查沿线地区雷电活动情况，认真做好技术经济分析，合理设计和建设防雷系统。

2)运行实践证明，线路遭受雷击往往集中于易击区域，包括山区风口、顺风峡谷、周边环境比较潮湿的山丘盆地、山顶向阳地带，或地形复杂、高差较大、土壤电阻率较高、雷电活动强烈地段的某些特殊地段。在设计输电线路路径时，应尽量避免经过这些易击区域。如果实在无法避开，对处于该区域的输电线路，则应该采取相应的保护措施，在规程基础上提高防雷设计标准。从源头上减少线路遭到雷击的可能性。

6.2 技术设施方面

1)装设线路避雷器：为了增强线路的抗雷能力，在线路易击地段的高杆塔安装线路避雷器。根据我局已装设避雷器的线路运行统计情况看，凡装设避雷器的线路雷击故障明显下降，线路雷击跳闸率显著降低，同时还能减少维修和巡视工作量。线路避雷器保护范围有限，其应用投资较高，安装线路避雷器需综合考虑技术经济性。在雷电活动频繁区域易击杆塔、大跨越档距高杆塔，地处半山腰迎风坡类似#98塔的杆塔等，适应安装线路避雷器；应充分利用雷电定位系统开展线路避雷器的合理选址；可以考虑安装线路避雷器反击较多的杆塔应当在三相上均安装，绕击较多的杆塔仅需在边相一侧加装；应尽量选用氧化锌避雷器、带有并联间隙的避雷器，防雷效果明显，又有利于节约安装成本，延长其使用寿命。

2)减少线路保护角：减小保护角是国内外公认的降低输电线路绕击跳闸率的最直接有效措施，实际运行经验也表明小保护角的输电线路绕击跳闸率普遍较低。原DL/T620规程中推荐的保护角数值己不能满足当今电网发展要求，先一般建议采用负保护角。平原地区线路单回路保护角0°～5°，同杆双回线采用0°～-5°，山区单回线保护角可采取0～-5°，双回路采用-8°～-10°。对运行多年的输电线路应用减小保护角技术进行改造时，工程复杂、施工周期长、费用高，总体经济性较低，可谨慎选择。对于新建线路，应用减小保护角技术，只需对杆塔重新设计，不需对线路进行额外改造，可按需要选择。类似#98塔的线路，设计可以采用负保护角，作为防止绕击跳闸的措施。

3)塔顶安装多根短针避雷装置 ：线路的弧垂能够使中间段的保护角比近杆塔段的要小，因此也就导致绕击事故多出现在近杆塔段。采用在塔顶安装多根短针避雷装置，在杆塔附近的一些雷就会直接落在避雷针上，然后通过杆塔入地，从而大大减少塔顶场强，在塔顶附近就会形成一个负保护角，有效降低高压输电线路遭到绕击的几率。类似#98塔的线路上，可选择装设多根短针避雷装置。

4)可控放电避雷针：雷电对于地面物体的放电形式，主要有上行雷闪以及下行雷闪两种。其中上行雷闪其放电电流非常小，但是其时间持续非常长。那么可控放电避雷针就是一种针对于上行雷，通过针顶部的电场进行控制，对上行雷进行引发放电，进行能量释放，来减少其绕击，同时对其保护角进行增加上行雷的避雷装置。类似#98塔地理位置的高杆塔，可选择装设可控放电避雷针，减少其线路绕击跳闸率。

5)装设消雷器：消雷器是一种放大了的避雷针。消雷器所有尖端中和雷云中异性电荷，降低局部空间电场强度，阻止了雷云先导向前发展，起到了消雷作用，降低了雷电对输电线路的危害。由于消雷器安全可靠、便于安装，且基本不需维护，接地电阻又无需象避雷针那样要求高 (一般小于100 Ω即可)，因而可以考虑在类似#98塔的线路上装设。

6)完善雷电监测系统：在220 kV的输电线路上安装完善雷电定位监测系统，进行线路上雷电的数量、大小、位置和状态自动监测以及数据的统计。通过该系统检测到的可靠雷电数据，对雷电的特性和活动规律进行分析研究，对输电线路的雷击进行划分等级，制定与之相符的防雷措施。另外雷电定位监测系统，还能对雷击的线路杆准确定位，清楚地判断出某次闪络的性质，有利于雷击故障点巡查的准确性，时效性，有效提高线路故障检修工作效率。

6.3 运行管理方面

1)整体优化重视线路的防雷管理工作，建立和完善雷击跳闸线路的相关信息数据，有针对性的制定相应防范措施。

2)定期或不定期对输电线路工作人员进行强化培训，学习及借鉴新型的防雷方法与技术。

7 结束语

雷电作为一种自然现象，因其瞬时性、突变性与大能量，目前为止还无法全面掌握其规律性实现精准控制，输电线路防雷工作是一项长期性、探索性、持续改进的体系工作。更需要从实际运行条件出发，做好相关运行数据的统计，不断积累运行经验，创新防雷工作理念，探索采用更有针对性、有效性的防控措施与方法。学习、借鉴、推广国外先进的防雷技术应用，从而提高架空输电线路的整体耐雷防雷技术水平，安全运行的质量与效果，提升电网供电可靠性，促进我国电力事业的发展。

[1] 兰成杰，王政.送配电线路运行与检修 [M].中国水利水电出版社，2004.7.

[2] 刘亚新.输电线路反事故技术措施实施细则及条文说明[M].中国电力出版社，2004.9.

[3] 高翔，马仪.220 kV同杆双回输电线路雷击跳闸分析 [J] .2008(06).

[4] 李川.架空输电线路雷击跳闸分析及防雷探讨 [J]. 2011(08).

[5] 叶晓东.输电线路设计及运行中的防雷技术措施研究 [J] .中国高新技术企业，2011(22).

Reflection and Exploration on Lightning Tripping for High-Voltage Transmission Lines in Xishuangbanna Power Supply Bureau

XIONG Meng1，LUO Xiang2
(1.Xishuangbanna Power Supply Bureau，Jinghong，Yunnan 666100，China；2.Haikou Power Supply Bureau，Haikou 570206，China)

As an important part of China Southern Power Grid，the over-head transmission lines，most of which lie in wild environment，are widely distributed so that it is likely to be struck by lightning tripping in the thunderstorm reason.If so，the over-head transmission lines are not only badly damaged，but also threaten the safe operation of the transformer substations，even the power supply reliability of the power system.Combining with the actual operation of the over-head transmission lines and the lightning proof situation，the thesis is aimed at analyzing the reasons of a lightning tripping fault about 220 kV Jungli over-head transmission lines and exploring effective measures to improve the lightning proof.

over-head transmission lines；lightning tripping；reflection and exploration

TM85

B

1006-7345(2015)04-0048-04

2015-06-12

熊猛 (1986)，男，助理工程师，云南电网公司西双版纳供电局，主要从事输电线路运检技术管理工作 (e-mail) 1055334996＠qq.com。

罗翔 (1991)，男，海南电网公司海口供电局，主要从事输电线路运行维护管理工作 (e-mail)568724749＠qq.com。