一、引言

銅陵地區(qū)地處長(zhǎng)江中下游，是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，在眾多的山地丘陵中，含有銅、鐵、黃金等多種金屬礦產(chǎn)，年平均雷暴日為40天，雷電活動(dòng)頻繁。銅陵地區(qū)毗鄰長(zhǎng)江，河流、湖泊等水系較多，境內(nèi)高山、丘陵連綿起伏，在地形、氣候、接地電阻、桿塔結(jié)構(gòu)等多種因素的影響下，雷擊輸電線路引起的線路跳閘故障較多，在2007年統(tǒng)計(jì)線路的13次跳閘中，雷擊跳閘就7次，占線路跳閘總數(shù)的53.8%。日益增多的雷擊線路跳閘，不僅影響到設(shè)備的安全運(yùn)行，也極大的影響到人們的日常的生產(chǎn)、生活。

二、雷電跳閘分析

表1：銅陵地區(qū)220kV線路雷擊故障情況統(tǒng)計(jì)表

2000-2007年，銅陵電網(wǎng)220kV輸電線路共發(fā)生8次雷擊跳閘，2006、2007年，雷擊跳閘率一直維持在0.514次/百千米·年，高于國(guó)網(wǎng)公司要求的0.315次/百千米·年。在歷次線路雷擊跳閘中，繞擊多發(fā)生在山區(qū)或桿塔較高的線路段;反擊主要是由接地電阻過(guò)大或雷電流太強(qiáng)等因素造成。結(jié)合歷次線路雷擊跳閘，由理論知識(shí)分析影響線路雷擊故障的具體因素：

1、近年來(lái)雷電活動(dòng)逐年增強(qiáng)，線路雷擊故障也有所增多。表2雷電定位信息系統(tǒng)中銅陵地區(qū)雷電統(tǒng)計(jì)顯示，排除缺少數(shù)據(jù)的2006年，從2002至2007年，雷電數(shù)一直都在增加，可見(jiàn)銅陵地區(qū)雷電活動(dòng)是在逐年增強(qiáng)的。全年雷電活動(dòng)最強(qiáng)烈7、8月份，線路雷擊故障超過(guò)半數(shù)。

表2：安徽電網(wǎng)雷電定位信息系統(tǒng)銅陵地區(qū)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2、影響線路繞擊的因素。從造成220kV線路跳閘的雷擊類(lèi)型來(lái)看，其中繞擊為62.5%，占絕大多數(shù)。國(guó)內(nèi)外普遍采用電氣幾何模型分析輸電線路的繞擊跳閘，在電氣幾何模型分析中(見(jiàn)圖1)，影響導(dǎo)線繞擊暴露弧BC的參數(shù)有保護(hù)角α、地面傾角、導(dǎo)地線對(duì)地距離，而影響導(dǎo)地線對(duì)地距離的有桿塔高度、地形等因素。故障統(tǒng)計(jì)中，故障桿塔高度超過(guò)35m的占80%，故障發(fā)生地點(diǎn)處于山坡或半山腰的占60%，可見(jiàn)在保護(hù)角確定的情況下，桿塔高度和地形是影響線路繞擊率的重要參數(shù)。

圖1：輸電線路的電氣幾何模型

2.1保護(hù)角和桿塔高度。

保護(hù)角和桿塔高度是影響繞擊的重要參數(shù)。跟據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》L/T 620-1997規(guī)程的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不同桿塔高度的繞擊率隨保護(hù)角而變化的曲線見(jiàn)圖2，從圖中可以看到，在負(fù)保護(hù)角時(shí)，線路繞擊率接近零，而隨著保護(hù)角的變大，繞擊率顯著增大。圖中還顯示，桿塔高度越高，線路繞擊率也越高。

圖2：繞擊率與線路保護(hù)角、桿塔高度之間關(guān)系

近年來(lái)，新投運(yùn)的220kV線路同桿雙回路鼓型塔繞擊跳閘次數(shù)較多，該塔型中相保護(hù)角小于15度，保護(hù)角并不偏大。但由電氣幾何模型分析得知，導(dǎo)線的暴露弧受到避雷線和地面共同作用，由于鼓型塔塔身較高，中相導(dǎo)線離避雷線和地面距離較大，又在其他兩項(xiàng)導(dǎo)線外側(cè)，使得避雷線和地面的屏蔽作用減弱，導(dǎo)線暴露弧增大，線路繞擊率升高。同屬該塔形的桂新2897線11號(hào)塔、桂庫(kù)2889線102號(hào)塔遭受繞擊跳閘的均為中相。

2.2地形對(duì)繞擊率的影響。

輸電線路在山區(qū)，經(jīng)過(guò)的地形主要有平地、沿坡、山頂、山谷、爬坡、跨溝6類(lèi)，由電氣幾何模型分析可知，能夠影響線路繞擊率的地形有沿坡、山頂、和跨溝三類(lèi)。沿坡地形線路的下坡側(cè)，山頂?shù)匦尉€路的兩側(cè)，其坡度構(gòu)成電氣幾何模型中的地面傾角，顯然，有地面傾角的一側(cè)，地面對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用減弱，更容易發(fā)生繞擊;在跨溝地形中，檔距中間導(dǎo)地線，離地面距離過(guò)大，地面的屏蔽作用減弱，繞擊率上升。

圖3：影響線路繞擊的三種地形

3、影響線路反擊的因素。當(dāng)雷擊塔頂或避雷線，雷電流超過(guò)桿塔的耐雷水平時(shí)，就會(huì)引起絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)致線路反擊跳閘。影響桿塔耐雷水平的主要因素有桿塔接地電阻、絕緣配置等。

3.1接地電阻。在桿塔形式、絕緣配置確定的情況下，接地電阻是影響線路反擊耐雷水平的主要因數(shù)?，F(xiàn)利用銅陵電網(wǎng)220kV線路中使用較多的Z1型鐵塔計(jì)算在不同的接地電阻情況下各自的耐雷水平，見(jiàn)表3。表中數(shù)據(jù)顯示，隨著接地電阻的增加，線路的耐雷水平明顯降低，而伴隨著線路耐雷水平的降低，出現(xiàn)超過(guò)耐雷水平的雷電流概率增加，線路所受威脅就越大。

表3： Z1型鐵塔邊相反擊耐雷水平與接地電阻的關(guān)系

注：P1為雷電流超過(guò)耐雷水平的概率

220kV桂庫(kù)線22號(hào)塔雷擊跳閘主要原因就是接地電阻連接不規(guī)范，使用鋼絲卡連接，在強(qiáng)雷電流沖擊下，連接失效，使得接地電阻驟升，導(dǎo)致線路跳閘。

3.2絕緣配置。線路絕緣配置的提高，絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓值隨之提高，使得線路耐雷水平的上升。2007年銅陵公司對(duì)220kV線路進(jìn)行調(diào)爬，提高了線路絕緣配置，圖4中是調(diào)爬前15片F(xiàn)C70/127和調(diào)爬后14片XWP2-100線路耐雷水平的變化，可見(jiàn)線路耐雷水平明顯提高。

圖4：220kV線路調(diào)爬對(duì)線路耐雷水平的影響

絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓值受到絕緣子表面污穢程度的影響，根據(jù)有關(guān)資料表明，對(duì)于污穢較重的絕緣子，其雷電沖擊水平會(huì)有明顯下降，一般可下降6%-10%，最嚴(yán)重時(shí)可下降15%-35%。

三、防雷措施

針對(duì)引起線路雷擊跳閘的原因，總結(jié)和制定相應(yīng)的技術(shù)措施如下：

1、充分利用雷電定位信息系統(tǒng)。

利用雷電定位信息系統(tǒng)，分析線路各段的落雷密度，再結(jié)合地形地貌，為制定相應(yīng)措施提供依據(jù)。

2、改善接地電阻。

(1)降低接地電阻，是防止線路雷擊反擊跳閘的基本技術(shù)措施。在新建線路基建過(guò)程中，加大對(duì)隱蔽工程的監(jiān)督驗(yàn)收工作，防止接地體違規(guī)連接，盡量避免采用降阻劑來(lái)降低接地電阻。

(2)銅陵地區(qū)屬于重污區(qū)，接地容易受到酸雨的腐蝕，在歷年接地普測(cè)中，從接地開(kāi)挖檢查結(jié)果來(lái)看，桿塔接地銹蝕嚴(yán)重，部分桿塔接地甚至銹斷。在巡視線路時(shí)，要重點(diǎn)觀察接地引下線是否銹蝕，對(duì)銹蝕的接地引下線要及時(shí)處理。同時(shí)，要積極采取有效的防腐技術(shù)手段，在銹蝕嚴(yán)重的地段，可試用防腐涂料涂刷接地體。

(3)對(duì)山區(qū)受地質(zhì)、地形影響，接地電阻難以降低的地區(qū)，使用的接地模塊等方法來(lái)降低接地電阻。

2、絕緣配置是影響線路耐雷水平的重要參數(shù)，而銅陵地區(qū)的嚴(yán)重污染降低了絕緣子的絕緣性能，影響到線路的耐雷水平。為減小絕緣子絕緣性能降低帶來(lái)的影響，在滿足空氣間隙和風(fēng)偏的情況下加1-2片絕緣子;使用合成絕緣子時(shí)，適當(dāng)采用高絕緣性能的合成絕緣子。在日常維護(hù)中，特別是雷雨季節(jié)來(lái)臨之前，對(duì)發(fā)現(xiàn)的零值絕緣子要及時(shí)更換，對(duì)污染嚴(yán)重的絕緣子串進(jìn)行清掃或更換。

3、安裝氧化鋅避雷器。

線路型氧化鋅避雷器是利用氧化鋅閥門(mén)柱具有的非線性伏安特性和通流能量大的特點(diǎn)制造的過(guò)電壓放電器，它連接在導(dǎo)線上呈高阻狀態(tài)，電力系統(tǒng)與地面之間幾乎是絕緣狀態(tài);當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)雷電過(guò)電壓達(dá)到起始動(dòng)作電壓值時(shí)，其電阻率驟然下降，迅速泄流，從而有效保護(hù)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。

國(guó)內(nèi)外廣泛使用氧化鋅避雷器用于輸電線路的防雷，并取得良好效果。安裝氧化鋅避雷器能后不僅能明顯提高線路的反擊耐雷水平，還能夠在雷擊導(dǎo)線時(shí)，通過(guò)泄流而保護(hù)絕緣子免遭閃絡(luò)，有效的防止線路繞擊故障。

如果每基桿塔都加裝避雷器，可以有效的保護(hù)線路不發(fā)生雷擊故障，但由于線路桿塔數(shù)量多，加裝成本太高。為使得安裝更科學(xué)、經(jīng)濟(jì)，安裝避雷器應(yīng)符合以下原則：

(1)對(duì)有雷擊記錄的桿塔，分析故障類(lèi)型是繞擊還是反擊，根據(jù)不同的故障原因采取相應(yīng)的安裝方案;

(2)結(jié)合雷電定位系統(tǒng)，對(duì)沒(méi)有雷擊跳閘記錄，但落雷密度大，反擊耐雷水平低的桿塔，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝避雷器提高線路反擊耐雷水平;

(3)對(duì)山區(qū)處于沿坡、山頂、和跨溝地形的線路，在計(jì)算出繞擊率高的桿塔，在沿坡的外邊坡側(cè)，山頂?shù)膬蓚?cè)，跨溝的兩側(cè)安裝避雷器;桿塔較高，周?chē)兴档臈U塔，兩邊相安裝避雷器。

我們選擇落雷密度大、線路易受繞擊的220kV周新2893/2894線27-33號(hào)線路段分析避雷器的效果。周新線22-33號(hào)線路段緊鄰長(zhǎng)江，穿越笠冒山，受地形影響，該處落雷密度大;線路桿塔為雙回路鼓型塔，兩側(cè)有地面傾角，容易繞擊;歷史上該段有繞擊、反擊跳閘記錄。該段的29號(hào)、33號(hào)兩基塔地勢(shì)較高、接地電阻較大，避雷線保護(hù)角為12.5度、絕緣子型號(hào)為FXBW-220/100，沖擊接地電阻分別為10Ω、15Ω。為能夠有效防止鼓型塔中相繞擊，為29號(hào)、33號(hào)兩基塔中相安裝避雷器，表4顯示出安裝避雷器后桿塔反擊耐雷水平明顯提升。繞擊耐雷水平的計(jì)算表明，安裝一組線路避雷器時(shí)，220kV線路的繞擊耐雷水平(在R=100Ω)能達(dá)到50kA，表5中數(shù)據(jù)顯示，33號(hào)塔最大繞擊電流為26.31kA，在中相安裝一組避雷器后，完全能夠防止線路繞擊跳閘。

表4：安裝避雷器防反擊效果

4、新建線路設(shè)計(jì)時(shí)采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角。

保護(hù)角是影響線路雷擊繞擊的重要因素，對(duì)于220kV線路新建線路，可要求設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)采用零保護(hù)角或負(fù)保護(hù)角。

四、結(jié)束語(yǔ)

銅陵電網(wǎng)220kV線路雷擊跳閘率居高不下，防止雷擊故障是當(dāng)前工作中的重點(diǎn)。降低接地電阻能夠提高線路的反擊耐雷水平，但不能防止繞擊或強(qiáng)雷電流導(dǎo)致的反擊，為能夠有效的防止雷擊跳閘，必須采取新的防治措施。選擇安裝線路型避雷器，不僅能夠大幅提高桿塔的反擊耐雷水平，而且能夠有效防止線路繞擊。

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