电力线路差异化防雷改造措施的选定和效果评估

摘要：文章围绕输电线路防雷措施的具体特征和防雷措施应用中存在的主要问题，通过研究一种以雷电自然规律为前提、线路自身特点为基础、各种防雷措施为补充的综合防雷研究方法，明确电力线路差异化防雷改造措施的选定和效果评估流程，提高输电线路防雷技术性和经济性。

关键词：输电线路；电力系统；差异化；防雷改造措施；评估效果 文献标识码：A

中图分类号：TM863 文章编号：1009-2374（2016）33-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.011

1 概述

长期以来，雷击是造成运行电力线路故障跳闸的主要原因。近年来，各级输电线路大修和技术改造投资逐步加大，通过实施防雷改造来提高杆塔耐雷水平，降低线路雷击故障率。虽然传统的防雷措施均得到了广泛的应用和验证，但在资金投入有限的条件下，如何有针对性地选取防雷措施，仍然是一大难题。特别是由于输电线路雷击跳闸受大气偶然因素影响，改造后效果难以判断，对于防雷措施的选择科学与否都难以得到验证。因此，需要通过研究一种评估方法，提高防雷方案选择的科学性和经济性。

2 传统防雷措施特征分析

2.1 减小保护角

能够有效降低绕击跳闸率，改变线路的保护角的施工难度大、工程量大、费用高、线路停电时间长。

2.2 加强线路绝缘水平

可提高绝缘子U50%的放电电压，提高线路耐雷水平；施工难度小、费用低、线路停电时间3～5天；受杆塔电气距离及导线对地、跨越物距离限制。

2.3 降低杆塔接地电阻

优点是能够有效降低反击跳闸率；施工难度不大，不需停电；仅对接地电阻严重超标的有效。

2.4 架设耦合地线

能够增大线间耦合系数，提高相邻杆塔分流作用，降低绝缘子承受的电压，提高线路耐雷水平。缺点是增加线路运行电能损耗、施工难度大、投资较高、停电时间长，需砍伐线下通道，运行维护工作量增大。

2.5 架设旁路地线

通过提高对导线的屏蔽作用，有效降低绕击跳闸率；需另外架设杆塔和导线，经济造价很高。

2.6 加装保护间隙

通过保护间隙释放雷电过电压，保护绝缘子不受损坏，降低线路的雷击事故率；但是会增大雷击跳闸率，不宜大范围推广。

2.7 安装可控放电避雷针

在杆塔顶部安装可控放电避雷针，能够增强杆塔附近导线的雷电屏蔽能力，能够降低线路绕击闪络率；杆塔接地电阻符合要求时，不会增加杆塔的反击闪络率。对于接地电阻较高的杆塔需要同步进行接地网改造。

2.8 安装线路氧化锌避雷器

可大幅提高杆塔的耐雷水平，降低线路的雷击闪络率，尤其对雷电活动强烈或土壤电阻率高的区域效果明显。缺点是避雷器成本较高，保护范围小，仅对安装杆塔有效，经济造价较高。

3 防雷措施应用中存在的问题

目前，运行输电线路开展防雷改造是大修和技术改造的重点内容，但由于投资限制，在防雷措施的选定上存在以下问题：

3.1 措施选择的依据不明

传统的输电线路防雷措施主要依据的是多年来的运行经验，一方面没有结合线路走廊的雷电分布特征等雷电客观规律；另一方面对线路本体的结构、绝缘、通道内地形地貌等影响因素难以综合考虑，无法准确地评估出安装防雷措施后的综合治理效果。

3.2 措施针对性不强

仅对各种防雷措施的优缺点进行定性分析，缺乏定量分析判断，防雷措施应用后对绕击率、反击率的降低效果无理论支撑，而实际效果受跳闸次数偶然因素的制约在短期内无法验证。

3.3 经济技术性不高

防雷措施的防护能力、保护范围和施工造价各不相同，部分措施还需配合采用，在经济技术性指标上没有统一的标准，难以比较。

传统的防雷措施虽然能够确切地反映线路遭受雷击后的闪络风险，但无法确定影响雷击闪络风险的各因素，改造措施的针对性不强，技术经济性不高，同时尽管有些防雷装置的性能十分优良，但受其保护范围及造价限制，很难全线进行实施改造，故迫切需要一种以雷电自然规律为前提、线路自身特点为基础、各种防雷措施为补充的综合防雷研究方法，“有的放矢”地开展防雷改造。

4 差异化防雷措施的效果评估方法

4.1 评估方式

根据不同的防雷措施选择方案，计算改造前后输电线路雷击跳闸率变化值，进行经济性评价，选择经济性最佳的综合防雷措施。

4.2 计算依据

依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997）对杆塔耐雷水平和线路雷击跳闸率进行计算。

现场数据：收集对应线路的地形地貌、线路结构、线路的防雷特性和近年来雷击跳闸情况，逐基计算杆塔耐雷水平和雷击闪络风险。

雷电数据：根据雷电流幅值雷击概率分布符合指数分布的规律，以雷电定位系统近5～10年的雷电监测数据为基础，提取沿线地闪次数、地闪密度等基础参数，通过大容量数据拟合得到雷电流幅值分布指数。统计数据可采用“线路走廊网格法”，即将线路走廊沿径向等距划分成一系列统计网格（区段），获取线路走廊沿线雷电分布特征和线路运行时的实际雷电参数。

防雷措施投资数据：以近三年湖北地区防雷措施实施的实际工程造价为依据。

4.3 具体流程

4.3.1 建立模型：综合线路走廊的杆塔信息和雷电活动特征参量，建立对应的研究模型，拟合出线路走廊内雷电流幅值分布指数。

4.3.2 雷击风险等级评估：结合研究模型，逐基杆塔进行耐雷水平计算。对线路走廊各基杆塔的雷击闪络风险进行等级划分，评价线路的整体防雷水平。

计算每基杆塔（有避雷线线路）的绕击跳闸率Nr、反击跳闸率Nf、及跳闸率N。其中跳闸率为：

N=NLη（gP1+PαP2）

式中：

N——跳闸率，次/（100km·a）

NL——平均年雷暴日40天的地区，线路每年的雷击次数，次/（100km·a）

g——击杆率

η——建弧率

P1——超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率

P2——超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率

Pα——绕击率（包括平原和山区）

根据确定杆塔的绕击跳闸率Nr、反击跳闸率Nf、跳闸率N分别确定每基杆塔的雷击闪络风险。风险评估标准以国家电网公司《110（66）kV～500kV架空输电线路管理规范》为依据，结合线路实际运行特征来确定。按表1参数对风险评估等级进行划分。

4.3.3 防雷措施选择：综合研究风险评估结果、线路的实际运行情况、现有防雷措施各自的特点等，对各种防雷措施的适用性进行定性分析。按照雷击跳闸风险等级由高到低的顺序，明确防雷改造杆塔的范围，并根据雷击风险确定改造次序。结合项目投资情况，制定出多套防雷改造方案供选择。

改造杆塔范围应包括：（1）遭受过雷击的杆塔；（2）雷击闪络风险等级为D的杆塔；（3）大档距转角塔；（4）极大档距杆塔。

4.3.4 改造经济技术性评估：对每套防雷改造方案的技术性和经济性做出评价。根据选择的防雷改造方案，计算改造后线路雷击跳闸率降低值ΔN总=ΣN-ΣN′，其中N、N′分别表示线路改造前后的雷击跳闸率。

4.3.5 方案选取：以单位投资条件下，雷击跳闸率的下降幅度更大者为优先选用方案，以达到雷电防护效益的最大化。

5 结语

通过对不同防雷方案进行技术经济性评价，能够改变过去单纯依靠经验选择防雷措施的方法，防雷改造项目的制定更具针对性、合规性，改造后线路耐雷水平的提升效果将更显著。但由于部分防雷措施的实施单位工程造价差异较大，如单基杆塔安装避雷器是接地网改造的10倍左右，对于不同的工程投资，仍需根据线路长度、改造紧迫程度等多方面因素综合考虑。

参考文献

[1] 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T 620- 1997）[S].1997.

[2] 陈家宏，张勤，冯万兴，等.中国电网雷电定位系统 与雷电监测网[J].高电压技术，2008，34（3）.

[3] 司马文霞，杨庆，李永福，等.输电线路雷电绕击评 估方法分析及展望[J].高电压技术，2015，41（8）.

作者简介：付威（1986-），男，湖北安陆人，国网襄阳供电公司工程师，研究方向：电力工程。

（责任编辑：黄银芳）