波阻式防雷设备在中山输电线路的应用

[摘 要]本文对中山地区两条典型输电线路的雷害进行了总结分析，介绍了波阻式防雷设备的工作机理，通过该防雷设备在中山地区的应用，对比了防雷改造前后的输电线路雷击跳闸数据，证实了波阻式防雷设备在中山地区输电线路应用的有效性。

[关键词] 输电线路；防雷；雷击跳闸

中图分类号：TG377 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0246-02

一、绪论

雷击一直以来是造成输电线路跳闸的主要原因，占输电线路事故危害的60%以上，严重影响了输电线路的供电可靠性[1]。近年来我国恶劣气候增多，输电线路建设加快，使得雷击输电线路事故更加突出。

雷电产生过程具有较大随机性，但雷电发展过程与空间电场分布联系紧密，其落雷点选择与一定范围内的地形地貌、区域设置直接相关。近年来我国在输电线路防雷方面进行了大量的研究，并取得了一定的成果，但目前对复杂气象条件和地形条件下的防雷措施还研究得不够[2]。

为研究波阻式防雷设备对输电线路防雷效果分析，本文选取了广东中山地区1条110kV输电线路及1条220kV输电线路，收集了近几年2条线路的跳闸数据，分析了安装波阻式防雷设备前后的雷击跳闸原因及防雷效果。

二、地区状况及线路情况

2.1中山地区地理气候分析

中山市位于广东省中南部，地处珠江出海口， 市境三面环水，境内主要水道从西北流向东南，经过漫长的气候变化和风雨侵蚀，形成了现在以冲积平原为主，低山丘陵台地错落其间的水乡地形地貌。中山处于北回归线以南，热带北缘，光照充足，热量丰富，气候温暖。太阳辐射角度大，终年气温较高，台风是影响最严重的灾害性天气，据统计，造成损失的台风年均3至7次，损失严重的年平均1.3次。中山特殊的地理气候特征，造成了多恶劣气候，多雷害事故。

2.2中山地区输电线路雷害概况

中山市地处雷电高发区，雷电灾害天气频繁，雷害造成的损失巨大。目前中山地区的500kV线路大多在平原地带，雷击跳闸率很低，发生绕击的可能性不大；220kV及以下主网线路绕击和反击的几率各占约一半。

中山北部地区是以冲积平原为主的水乡地貌，潮湿的水蒸气上升产生剧烈的对流运动，易发生闪电，地面落雷密度大，但是北部地区发生雷击跳闸的次数较少，相反在中山中南部的低山丘陵地区，地闪强度相对较弱，地面落雷密度低，但是线路的雷击跳闸主要就集中在中南部的三个区域：区域1为大涌镇卓旗山与西江交界处，主要线路有500kV桂香甲乙线、110kV涌元甲乙线、涌栏线等；区域2为五桂山区马岭水库周边一带，主要线路有220kV旗卓甲乙线、桂旗甲乙线，110kV旗板甲乙线、环板线、旗桂线等；区域3为三乡站周边山区，主要线路有220kV桂三甲乙线、110kV宝三甲乙线、三谷甲乙线、三坦线、宝坦乙线等。 [3]总体来讲，这三个区域存在两个共同点：（1）地面的落雷密度较大；（2）山地地形。

2.3雷击输电线路危害分析

雷电被联合国列为最严重的十种自然灾害之一。雷电对输电线路系统（线路、杆塔、变电站）的危害，除极强雷电造成的热效应、机械效应将导线击断、变电站设备爆裂等极小概率事件外，主要体现在以下两点：一是导致线路跳闸。雷电过电压引起绝缘子闪络，继电保护装置来不及响应（雷电过电压持续时间短），工频续流沿放电通道继续放电，继电保护装置控制断路器跳闸，正常供电中断； 二是雷电波侵入变电站导致变电站一、二次设备损坏。对输电线路系统而言，只要雷击没有造成线路跳闸和变电站设备损坏，就没有形成雷击危害。[4]

三、线路历史跳闸分析

本文选取中山地区1条110kV输电线路及1条220kV输电线路各一基铁塔数据作为对比分析，分别为110kV旗桂线N28号塔和220kV翠旗乙线N38号塔。选取的线路及铁塔具有典型特征，即不同的塔架结构，单回与多回线路，全线安装避雷线，同时都处于山区且地理环境复杂，如下图所示。

3.1统计线路历史跳闸数据

中山地区从2010年至今，每年雷电数及雷击跳闸总数统计，如下表。

从历史数据分析可知，2010年雷击跳闸次数较多，2011年至2013年雷击跳闸次数相对稳定，2014年跳闸数有明显增长。通过在2014年年末进行了防雷措施改造，统计结果显示防雷改造后至2015年7月数据跳闸次数有明显的减少。

110kV旗桂线N28号塔和220kV翠旗乙线N38号塔，从2010年至2014年7月的跳闸数据，如下表。

3.2线路跳闸分析

本文选取的110kV旗桂线中N28和220kV翠旗乙线N38铁塔造成多次雷击跳闸。雷电定位系统的数据如下表：

表中数据以110kV旗桂线为例，全线经过山区地形，110kV输电线路的抗反击雷电流在40kA—70kA范围内。根据雷电定位系统的数据2011年至2014年最大雷电流幅值不超过42kA，线路部分铁塔的接地电阻为25Ω，因此造成选取线路雷击跳闸的原因主要包括以下几点：（1）铁塔附近的绕击雷，绕击雷形成的过电压远大于同样雷电流幅值反击雷形成的过电压；（2）接地电阻过大；（3）山区地形提供了雷电地闪上行先导形成的良好条件；（4）广东地区恶劣气象条件和多雷的特征。

四、避雷波阻器在中山地区的应用

4.1线路防雷的核心思想

输电线路防雷的核心就是不跳闸，不跳闸的前提就是不产生工频续流，同时能在雷电流到达线路终端变电站前将雷电流安全泄放。

对于110kV及220kV输电线路的防雷，要实现上述两种情况就是要保护绝缘子能够在雷电波冲击中不闪络，不击穿，同时输电线路要有良好的接地条件和泄放通道。

在主网上常规的防雷措施有架设避雷线，安装线路避雷器，降低接地电阻等。降低接地电阻是一切防雷措施的先决条件，是防雷措施和设备工作性能是否能稳定发挥的首要因素。而架设避雷线和安装线路避雷器等方法，则是从雷电能量上着手，通过疏与堵的方式将雷电的能量在屏蔽体上完全泄放。

由于安装传统防雷设备的许多输电线路雷击跳闸率不断上升，近几年出现了一些可靠且有效的新型线路防雷设备，如波阻式防雷设备等。

4.2波阻式防雷设备工作机理

雷电波是一个前沿极陡、后沿平缓的大功率电磁脉冲，其脉冲前沿是导致绝缘子串闪络最主要的原因。波阻式防雷设备基于傅里叶变换，通过数学分析，并对线路雷电灾害建模，仿真雷电波的传输特性及其对线路危害的贡献度，设计出阻碍雷电波最大损害成份传输的波器件，通过滤波、色散等手段，实现滤除危害频率、阻碍尖峰传输、加强向外辐射、增大内部衰减，达到对雷电灾害“避其害而顺其势”的防护，突破常规线路防雷能量对抗的桎梏，创造了“信息对抗”的防雷新模式，丰富和拓展了雷电防护理念[5]。

波阻式防雷设备遵循了输电线路的防雷核心思想，从雷电波传输通道入手，降低雷电波的冲击危害，以保护绝缘子为目的，使雷电流与线路传输电流安全隔离，实现绝缘子不闪络不续流，同时其良好的引流装置能将雷电流安全泄放至大地。

波阻式防雷设备主要部件为避雷波阻器，如图2。避雷波阻器的接入，一方面提高了避雷针针尖高度，扩大了绝缘子被保护的范围；另一方面，绝缘子不再与避雷针针尖直接相连，冲击电流经过避雷波阻器的波器件后才作用于绝缘子，雷电流将不再直接冲击绝缘子。由于避雷波阻器的分压，避雷波阻器为系统承担了部份雷电冲击电压。

4.3应用方案及效果分析

针对本文选取线路历史跳闸原因分析，结合波阻式防雷设备工作机理，在2014年下半年实施了对110kV旗桂线和220kV翠旗乙线以下改造措施：（1）对引起输电线路跳闸次数多的铁塔塔安装波阻式防雷设备；（2）对处于迎阳面山坡，山顶，潮湿地段等危险区域的铁塔安装波阻式防雷设备；（3）全线检测接地电阻，对接地电阻不达标的区域进行接地系统改造；（4）对明显老化或有缺陷的绝缘子进行更换。

改造后的选取线路有以下几个明显的优点：（1）安装的避雷波阻器是一个同时防反击和绕击，且和塔顶电气绝缘的防雷装置，可将铁塔附近的绕击雷吸引至避雷波阻器上转化为反击雷，同时降低雷电流幅值和冲击强度；（2）改善接地电阻可大幅度降低雷击过电压；（3）更换老旧缺陷绝缘子，恢复线路设计绝缘水平。

本文选取了表2中线路和具体杆塔作为对比，从安装波阻式防雷设备起至2015年8月的跳闸数据如下表。

从表4中可以看出安装波阻式防雷设备改造后，雷击跳闸有了明显的降低，实现了良好的防雷效果，介于安装运行时间约一年，其防雷改造的优化有待更长时间的考察分析。

五、结论

山区输电线路所处地区皆为崇山峻岭，地质条件恶劣，雷电活动频繁，雷击跳闸事故频频发生。山区输电线路的防雷应该结合雷电活动规律、地区地理气候特征采取有针对性的防雷措施。本文介绍了一种波阻式防雷设备，提供了一种新的防雷思想，阐述了其在中山地区输电线路的应用情况，分析对比了该防雷设备在中山地区输电线路安装前后雷击跳闸率。通过雷击跳闸统计分析得出波阻式防雷设备在中山地区的应用中能明显降低线路跳闸率，实现了良好的防雷效果，对复杂的山区输电线路防雷研究提具有指导意义。

参考文献

[1] 李百挡， 李景禄， 朱坤双等. 山区110kV 线路雷击事故分析及对策[J].电瓷避雷器，2007，1（215）：43-45

[2] 李陈程.220kV架空输电线路防雷措施探究[J].电气工程与自动化，2014，24

[3] 吴毅江.中山地区输电线路防雷策略选择研究[J].电力科技，2012，11：141–142

[4] 陈家宏， 吕军， 钱之银等. 输电线路差异化防雷技术与策略[J].高电压技术，2009，35（12） ：2891–2902

[5] 李平.波阻式线路防雷设备在重雷区域的应用研究[J]. 云南电力技术，2013，41（5） ：22–24

作者简介

刘文韬（1984-），男，从事安全监督、输电线路运行、管理工作。