基于历史数据分析的差异化防雷技术研究

魏 浩，马 进

（国网四川省电力公司广元供电公司,四川 广元 628000）

基于历史数据分析的差异化防雷技术研究

魏 浩，马 进

（国网四川省电力公司广元供电公司,四川 广元 628000）

差异化防雷体系的提出为广元电网建设适合自己的输电线路个性化防雷方案提供了理论依据。针对每条线路，从不同的电压等级、运行环境、线路走廊、设备状态出发，制定更有针对性、经济性的防雷措施。一方面降低生产运维成本，另一方面提高线路耐雷水平，保障线路可靠供电，减少雷击跳闸率。以广元输电线路为对象，基于四川省雷电定位系统数据，分析了2009年至2015年的输电线路运行情况，再以110 kV三沐北线为典型案例，总结了一套适合于广元输电线路的防雷措施，对每基杆塔进行防雷性能评估，以防绕击为重点，依托现有的防雷配置水平，制定多套具有不同特点防雷改造方案，并从经济性和可靠性方面进行技术评价，依据改造目标和管理要求，确定出最佳改造方案，安排大修技术改，在实践中检验方案的正确性和可行性，并不断进行修正和完善，形成闭环反馈。

广元电网；输电线路；大数据；差异化防雷；三沐北线

0 引言

广元电网地处陕、甘、川三省交界，平均海拔1 200 m，属亚热带湿润季风气候。广元北部为高山，南部属低山地区，冬季寒冷，多风，夏季炎热，秋季昼夜温差较大。广元全年平均气温16.0℃，1月至7月温度在5.1～33℃之间，风向为春夏多东北风，秋冬多西北风，无霜期264.5天。另外，广元地处龙门地震带，受地震、洪涝、干旱、泥石流等地质灾害威胁。目前，市检修分公司运行维护有220 kV输电线路23条，110 kV线路70条，35 kV线路7条，全长2 001.029 km，线路地形以山区、丘陵、大跨越为主，输电线路众多，给日常运行维护提出了挑战。

近年来广元电网污闪、雷击时有发生，针对输电线路的防雷技术，国际上一般采取两种方式：提高线路耐雷水平；按照西方和日本的方式，增加绝缘子保护间隙，承载一定的雷击率[1]。对于广元电网的诸多资料和生产一线输电线运行实际情况，针对广元四县三区不同的污秽等级和山区地形，提出差异化防雷策略。

1 广元电网雷击故障统计数据分析

为准确撑握广元地区输电线路雷击故障分布规律，本文对广元供电公司管理范围内的23条220 kV输电线路和70条110 kV线路从2009年—2015年所有的雷击故障进行了分析统计。广元供电公司辖区内220 kV线路发生雷击跳闸故障18次，110条线路共计发生40次雷击跳闸故障，且58次雷击事故中有53次绕击，其他原因5次，绕击占94.8%，220 kV线路防雷措施良好。而110 kV雷击事故2012年—2015年有逐渐增多的趋势，且40次雷击中，有36次重合闸成功，重合闸成功率为90.0%；4次重合闸不成功的雷击故障中，4次重合闸不成功全为绕击。

综上分析，110 kV输电线路不如220 kV线路更受重视，但是110 kV线路众多，如果全部采取220 kV线路的防雷水平，势必会增加经济成本，故针对广元地区的110 kV输电线路提出差异化防雷策略。

2 差异化防雷的提出

以历年雷击数据为基础，综合考虑雷电活动情况、线路结构情况等特征、地形地貌情况等诸多因素，对杆塔雷击闪络风险进行一次全面综合地评估，评价线路的整体防雷水平[2]。下面以广元电网110 kV三沐北线为例分析。

a)110 kV三沐北线基本信息。

三沐北线地处青川山区，属自然灾害频发区，山势陡峭。有杆塔74基，其中耐张塔33基，挡距800m有1基、挡距700 m有9基、挡距600 m有4基，接地电阻不合格有14基，线路全长33.626 km。具体情况如表1所示。

表1 110 kV三沐北线基本信息统计

b)110 kV三沐北线雷击密度统计。

本文采用“线路走廊网格法”将线路走廊进行划分[3]，110 kV三沐北线的雷击杆塔与大挡距、不合格地阻、重要耐张杆塔吻合。2009年38号C相、57号A、C遭绕击，2010年32号A、B相遭绕击，2011年27号遭绕击，2012年37号A相遭绕击，2013年67号C相遭绕击，2014年63号遭绕击，2015年39号遭绕击。绕击已成为输电线路雷击的主要原因。

8月28日06时03分，110 kV三沐北线跳闸。通过绕击分析计算，110 kV三沐北线67号塔附近落雷幅值在6.811～40.56 kA范围内都可能引起绕击，发生的概率很大，而且67号—68号挡距较大，并跨越93 m河流。67号塔位于山顶上，当地闪络密度变大时，挡距中间导线被绕击的概率大大增加。

3 差异化防雷技术评估方法

针对每条线路自身特点，定制差异化防雷策略，对每基杆可能存在的雷击闪络风险进行评估，确定杆塔风险等级。重点对历史数据分析雷击跳闸率、大挡距、耐张塔、地阻不合格、污秽密集区、线路运行年等因素进行综合评估[4]。具体流程见图1。

图1 输电线路差异化防雷技术流程图

4 差异化防雷技术的治理策略

线路特征参数即线路基本信息、杆塔结构及绝缘、走廊地形地貌等参数，这些参数是进行线路雷击闪络风险评估[5]，实现差异化防雷技术的重要基础。

线路走廊地形地貌通过三维GIS系统全信息扫描获取[4]。在地形上，平原占 7%，山区占93%；在地貌上，沿坡占88.6%，沿山顶占7.6%，沿山谷占3.8%。杆塔结构特征和绝缘配置通过线路原始设计资料获取。在杆塔类型上，转角塔占30.4%；接地电阻分布上，该线路的接地电阻设计值要求为0～15 Ω；在挡距分布上，大档距杆塔共有10基（档距＞700 m）。具体如表1所示。

4.1 防雷措施

4.1.1 接地电阻复核及改造

通过此次对110 kV三沐北线输电走廊地形、地貌的现场勘察调研，输电走廊几乎全部处于丘陵、大山之中，较多杆塔处于陡峭的山坡及山顶上，不利于杆塔地网的铺建，铺建杆塔地网的难度较大，而目前已有的接地电阻数据中，绝大部分杆塔的接地电阻合格，14基杆塔接地电阻大于15 Ω以上，占杆塔总数的18.91%。另外，36号、37号、38号、44号、47号、52号、63号共7基杆塔A、B、C、D四角测得的接地电阻不一致，有的角接地电阻为无穷大，暴露出杆塔接地电阻存在一定程度的问题，因而根据目前公司提供的杆塔接地电阻计算出的反击耐雷水平不能反映三沐北线的真实反击耐雷水平。因此，应对110 kV三沐北线接地电阻进行抽复检，测试前，应确保杆塔的接地网和要求铺设的地网已经被有效地断开。

考虑110 kV三沐北线线路走廊大幅值雷电流时有出现，这给防反击工作带了相当大的难度。因此，首先要做好线路接地电阻的改造工作，保证其具有较高的反击耐雷水平。

对反击发生一次以上的杆塔可以考虑采用安装线路避雷器。通过计算表明，连续安装3组线路避雷器能将线路的耐雷水平提高到300 kA以上，能有效地防反击，但保护范围小，多基安装所需费用高；也可在土壤电阻率高，接地电阻难降低的杆塔，考虑采用线路避雷器；若是绕击跳闸安装线路避雷器，仅需在远山侧安装。

4.1.2 三沐北线以防绕击为主

对于三沐北线，侧重以防绕击为主。三沐北线的32号、37号、38号、42号、63号、67号塔均处于陡峭的山坡、山顶上，都面临较高的绕击风险。因此可以考虑采取必要的防绕击措施，其中档距大于800 m的有48号，塔大号侧挡距843 m，档距大于700 m的有4号、7号、15号、17号、43号、54号、57号、59号、71号。其中37号、38号、39号、59号、63号、67号、68号，以上7基杆塔2009年—2015年平均落雷密度6.07次/km2；以67号塔为例，其所在山坡坡度50°，引起绕击雷电流出现的概率高达60.89%。以上7基杆塔附近落雷频繁，杆塔所在地形坡度较大，遭受雷电绕击风险较高，因此考虑装设线路侧向避雷针，以提高线路防雷水平。而目前提供的杆塔接地电阻值普遍偏小，不能反映三沐北线的真实反击耐雷水平，因此需结合复测后的杆塔接地电阻值，确定以上7基杆塔的真实反击耐雷水平，根据反击耐雷水平，再对以上7基杆塔的防雷整治措施做适当的调整。

综上所述，以上7基杆塔附近落雷较为频繁，且杆塔档距较大，装设线路侧向避雷针并不能有效地提高线路的防雷水平，因此37号、38号、39号、57号、63号、67号、68号，7基杆塔的A、C相需装设线路避雷器，以此提高线路的防雷水平。

4.2 改造方案

结合上述改造原则及线路的风险评估结果，执行方案见表2。

表2 线路改造方案

4.3 给合评价

其中：改造所需避雷器数目，7×2=14支；替换玻璃绝缘子数目，4×8×3=96；耦合地线，900 m；接地电阻复合与改造14基。其中36号、37号、38号根据综合防雷方案以改造接地电阻为主，68号改玻璃绝缘子，对全线风险等级进行、预评估，可以得出1年中每100 km线路：改造后预期绕击跳闸率降到0.020次；预期反击跳闸降到0.390次。根据后续跳闸率继续评价，扩大分析数据，不断完善方案。

5 结论

本文首先统计分析了广元地区110 kV、220 kV输电线路雷击故障分布规律，然后针对雷击闪络风险最高的110 kV三沐北线，采用输电线路差异化防雷技术，进行全线雷击闪络风险评估。根据评估结果，结合三沐北线历史雷击故障数据，制定了三沐北线差异化防雷改造方案，在实践中进行检验与完善，从而形成差异化防雷治理技术的动态闭环调节机制[6]。通过本文的研究得到了以下结论。

a)近年来，广元地区110 kV线路雷击故障频繁发生在转角塔、大档距杆塔、濒临水系和山顶处的杆塔；特别是绕击故障中，有近80%的故障塔同时满足转角塔、大档距和濒临水系中至少2个特殊条件。

b)综合考虑雷电活动、地形地貌、线路结构和绝缘、已采取的防雷措施等因素的影响，针对典型110 kV线路三沐北线开展逐基杆塔雷击闪络风险评估，确定需改造的杆塔号；并结合运行经验，明确三沐北线的雷害风险来源主要为绕击闪络风险。

c)三沐北线防雷改造选用安装线路避雷器作为主要改造措施。采用本文提出的方案改造后，将在现有措施基础上进一步降低三沐北线的绕击闪络风险，同时进一步降低反击闪络风险。

[1]赵远强，吴慧芳.输电线路“差异化”防雷治理的技术措施综述 [J].山西电力，2015（1）：41-45.

[2]张祎果.35 kV线路差异化防雷技术研究 [J].电气应用，2013（增刊）：76-79.

[3]阮羚，谷山强.鄂西三峡地区220 kV线路差异化防雷技术与策略 [J].高电压技术，2012，38（1）：157-160.

[4]郑晧元.220 kV商瞬商岙线差异化防雷措施研究 [D].重庆大学硕士论文，2013.

[5]胡毅，刘凯.输电线路运行安全影响因素分析及防治措施[J].高电压技术，2014，40（11）：3491-3495.

[6]赵世展.110 kV输电线路状态检修 [D].东南大学硕士论文，2006.

Research on Differentiation Technology of Lightning Protection Based on Historical Data

WEI Hao,MA Jin
（State Grid Guangyuan Power Supply Company of Sichuan Electric Power Corporation, Guangyuan,Sichuan 628000,China）

Differentiated lightning protection system provides a theory for Guangyuan grid to construct its individual lightning protection system.In view of each transmission line,lightning protection measures were proposed from different voltage levels,different operation environment,different transmission line corridors and different equipment conditions.Consequently,it would reduce production cost and improve lightning protection level so as to reduce lightning trip and guarantee reliable power supply.In this paper,Guangyuan transmission line was taken as an example,and the operation situations of Guangyuan transmission line from the year 2009 to 2015 were analyzed based on the data of lightning location system of Sichuan province.Then,110 kV Sanmu north line was taken as a typical case, and a scheme for lightningprotection was summed up for Guangyuan transmission lines.The lightningprotection performance ofeach tower was assessed.Mainly against shielding failure,schemes with different characteristics for lightning protection were set up and technical assessment were carried out from the aspects of economy efficiency and reliability.According to the reformation target and management requirement,the optimal reformation scheme was identified,and the correctness and feasibilityofthe scheme has been verified.

Gangyuan power grid;transmission line;large data;differentiation lightningprotection;Sanmu north line

TM863

B

1671-0320（2017）02-0023-04

2016-12-28，

2017-03-01

魏 浩（1986），男，湖北孝感人，2014年毕业于南昌大学电力电子传动专业，硕士，助理工程师，从事输电线路运行维护工作；

马 进（1986），男，四川简阳人，2015年毕业于四川大学电气工程专业，硕士，中级工程师，从事输电线路运行维护工作。