羅永勤，武國亮，張來福

（1.山西省電力公司，山西 太原 030001；2.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

2011年山西電網(wǎng)110 kV及以上輸電線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)44次，占跳閘總數(shù)的56%，其中500 kV線路雷擊閃絡(luò)20次，重合成功42次，2次重合不成功，重合成功率95.5%。雖然未發(fā)生由于雷擊引起的電網(wǎng)永久性故障，但是必須引起電網(wǎng)運(yùn)行部門的高度重視。

1 雷電活動情況統(tǒng)計(jì)

1.1 山西雷電活動統(tǒng)計(jì)

2011年，全省雷電總數(shù)673 350個(gè)，創(chuàng)近十年新高，雷電活動異常強(qiáng)烈。2011年雷電總數(shù)大于2009年、2010年同期落雷總數(shù)之和；7月份單月雷電總數(shù)最多，為319 592個(gè)，大于2007年、2009年全年值，雷擊閃絡(luò)19次，占43%；8月25日單日落雷最多達(dá)37 788個(gè)，造成雷擊閃絡(luò)5次。

雷擊閃絡(luò)集中發(fā)生在9個(gè)時(shí)間段，占雷擊閃絡(luò)總數(shù)的89%。其中分別是5月8日、5月19—20日、6月15—16日、7月1—2日、7月11—20日、7月24日、8月6—11日、8月14日、8月25日，這些時(shí)間段雷電活動強(qiáng)烈，跳閘次數(shù)與雷電活動呈正相關(guān)（見圖1）。其中7月11—20日、8月6—11日兩個(gè)時(shí)間段每天均有強(qiáng)烈雷電活動。

圖1 2011年山西落雷密度與雷擊閃絡(luò)次數(shù)關(guān)系圖

2 雷擊跳閘原因分析

2.1 地形地貌

44次雷擊跳閘，故障桿塔39次位于山區(qū)丘陵，5次位于平原；山區(qū)丘陵主要分布在忻州云中山、太原古交石婁山、呂梁中陽天頂山，平原主要分布在臨汾盆地洪洞區(qū)域。75%的故障桿塔位于雷電活動強(qiáng)烈和特別強(qiáng)烈區(qū)，尤其500 kV線路主要集中發(fā)生在雷電活動強(qiáng)烈區(qū)域。

山區(qū)地形起伏較大，氣流活動特殊，導(dǎo)致落地雷密度較平原高。山體邊坡使常規(guī)防雷設(shè)計(jì)失去了有效的防護(hù)作用，導(dǎo)線過分外露，保護(hù)角顯著增大。山區(qū)線路大跨越導(dǎo)致導(dǎo)線兩側(cè)暴露面增大，導(dǎo)線等值懸掛高度增大，容易發(fā)生繞擊。

2.2 保護(hù)角

44次雷擊閃絡(luò)，單回路26次、同塔雙回12次、緊湊型6次。

a）單回路。單回路26次跳閘中，5次桿塔保護(hù)角不滿足要求。500 kV晉臨Ⅱ線11.88°，霍臨I線13.88°，不滿足小于10°要求；220 kV遼云線20.6°，不滿足小于15°要求。其余21次跳閘保護(hù)角滿足要求，但500 kV線路保護(hù)角臨界于10°，220 kV線路保護(hù)角臨界于15°，裕度較小。

b）同塔雙回路。同塔雙回路12次跳閘，6次保護(hù)角不滿足小于0°要求，500 kV榆久I線8.9°、220 kV城東Ⅱ線13.51°等。

c）地形對保護(hù)角的影響。線路沿山坡、山頂走線時(shí)，地面傾角使避雷線對山坡外側(cè)相實(shí)際保護(hù)角增大，可近似認(rèn)為設(shè)計(jì)保護(hù)角與地面傾角之和。

采用電氣幾何模型理論[1]（美、日、歐）計(jì)算繞擊跳閘率，地面傾角30°的繞擊率是0°的5.73～8.79倍。位于山區(qū)丘陵的39基故障桿塔地面傾角10～50°，220 kV云南線38號塔甚至達(dá)到80°，造成繞擊率顯著增加。

2.3 桿塔接地電阻

44次跳閘中，有2次接地電阻值偏高，500 kV侯云線84號塔29.6 Ω，位于陽曲縣神垴山上；220 kV呂羅I線36號塔18.2 Ω，位于中陽縣萬年飽村東山梁上。

其余42次跳閘，故障桿塔接地電阻，平原地區(qū)小于7 Ω，山區(qū)小于10 Ω，滿足規(guī)程要求；故障桿塔接地網(wǎng)開挖檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。

2007年以來，山西省電力公司實(shí)施了大范圍的接地網(wǎng)改造，采用延長射線、換土、增加接地體截面、更換接地引下線等措施，同時(shí)規(guī)范接地電阻測試方法，委托山西電力科學(xué)研究院開展監(jiān)察性測試，220 kV及以上線路桿塔接地網(wǎng)明顯改善。

2.4 繞擊

44次雷擊跳閘，42次為繞擊，故障相為邊相、同塔雙回路中相等易繞擊相別，故障桿塔接地電阻合格，雷電流幅值小。

a）線路繞擊耐雷水平遠(yuǎn)低于反擊耐雷水平[2]，220 kV、500 kV線路反擊耐雷水平分別為75～110 kA、125～175 kA，而繞擊耐雷水平僅分別為12 kA、21 kA。

b）低幅值雷電流出現(xiàn)概率較大，10～70 kA雷所占比率最大，占94%，［20 kA，30 kA］、［30 kA，40 kA］、［40 kA，50 kA］區(qū)間占31%、24%、14%。幅值大于70 kA的雷僅占5.5%，絕大多數(shù)的雷繞擊導(dǎo)線都能造成跳閘。

c）繞擊率與保護(hù)角、桿塔高度、地形地貌有關(guān)，山區(qū)線路繞擊率為平原的3倍，相當(dāng)于保護(hù)角增大8倍。

2.5 反擊

2次反擊故障桿塔位于呂梁山區(qū)，500 kV侯云線接地電阻達(dá)29.6 Ω，反擊耐雷水平比7 Ω時(shí)約下降60%，比15 Ω約下降40%（見圖2）；220 kV呂羅I線接地電阻達(dá)18.2 Ω，反擊耐雷水平比7 Ω時(shí)約下降45%，雷擊塔頂反擊跳閘。

當(dāng)桿塔型式、尺寸與絕緣子型式和數(shù)量確定后，影響線路反擊耐雷水平的主要因素就是桿塔接地電阻值，雷擊桿塔的耐雷水平隨著桿塔接地電阻的增加而降低。

圖2 典型220 kV線路桿塔耐雷水平與接地電阻的關(guān)系

3 暴露的問題

a）線路路徑選擇不合理，隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，線路路徑的選擇越來越困難，線路大量穿越高山大嶺、山頂、峽谷等不利地形，雷云容易從山坡側(cè)、峽谷處繞擊導(dǎo)線。

b）接地網(wǎng)和接地電阻設(shè)計(jì)不區(qū)分山區(qū)和平地，保護(hù)角設(shè)計(jì)不考慮山坡地面傾角影響；同塔雙回路2007年以前保護(hù)角按10°設(shè)計(jì)，大于新標(biāo)準(zhǔn)0°要求；雷電日按40 d設(shè)計(jì)，山西省實(shí)際雷電日數(shù)為100～130 d，遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)水平。

c）接地網(wǎng)施工質(zhì)量不良，部分線路接地網(wǎng)埋深不足，射線長度不夠，接地體截面不滿足要求；接地裝置屬于隱蔽工程，中間環(huán)節(jié)監(jiān)理檢查不到位，只作最后階段性驗(yàn)收，往往留下隱患。

d）山區(qū)和巖石地帶不采用換土降低接地電阻，為滿足驗(yàn)收要求，采用接地模塊等輔助措施降低接地電阻，對雷電流釋放和線路防雷起不到作用。

e）部分單位接地電阻測試方法不規(guī)范，不能嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)定放線，不滿足4L/2.5L要求；不能定期進(jìn)行接地電阻測量和開挖檢查，或者只測試不開挖。

f）局部地區(qū)異常雷暴天氣對電網(wǎng)造成較大威脅，近幾年，受全球氣候變化加劇影響，部分地區(qū)異常天氣增多，強(qiáng)對流天氣時(shí)雷電活動頻繁，在輸電線路走廊密集區(qū)域容易引起線路跳閘。

4 降低雷擊跳閘率的措施

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)方面

a）路徑選擇，線路應(yīng)盡量避開雷電活動特別強(qiáng)烈區(qū)，在路徑確定后應(yīng)沿線勘測，避免沿陡峭山坡和山頂走線。

b）保護(hù)角，單回路500 kV不大于5°，220 kV不大于10°；雙回路220kV及以上不大于0°，110kV不大于5°。同時(shí)應(yīng)考慮地面傾角，以及大跨越擋距屏蔽作用減弱影響。

c）接地電阻，區(qū)分山區(qū)、平原差異化設(shè)計(jì)，山區(qū)接地網(wǎng)要保證水平射線長度。平原110 kV及以上線路桿塔接地電阻應(yīng)小于7 Ω；山區(qū)220 kV及以上線路桿塔接地電阻應(yīng)小于10 Ω，110 kV線路桿塔接地電阻應(yīng)小于15 Ω。

d）保證絕緣，雷電活動特別強(qiáng)烈區(qū)，瓷、玻璃絕緣子片數(shù)不少于：500 kV 30～32片，220 kV 15片，110 kV 9片，經(jīng)過金屬礦區(qū)的110 kV及以上輸電線路在空氣間隙允許條件下宜增加1～2片絕緣子。

e）差絕緣，新建110 kV及以上同塔雙回（多回）線路應(yīng)采用加強(qiáng)其中一回的差絕緣方式，增加片數(shù)不少于2片。

f）防雷措施，全高超過50m的桿塔、位于孤立山頭的桿塔、220 kV及以上線路雷電活動特別強(qiáng)烈的區(qū)桿塔、耐張轉(zhuǎn)角塔外角側(cè)應(yīng)安裝線路避雷器。

4.2 建設(shè)施工方面

a）敷設(shè)水平接地體時(shí)，遇傾斜地形宜沿等高線敷設(shè)，兩接地體間的平行距離不應(yīng)小于5 m，接地體敷設(shè)應(yīng)平直，接地體的規(guī)格、埋深不應(yīng)小于設(shè)計(jì)規(guī)定。

b）接地體連接，連接前應(yīng)清除連接部位的浮銹，除涉及規(guī)定的斷開點(diǎn)可用螺栓連接外，其余應(yīng)用焊接或液壓、爆壓方式連接，接地體間連接必須可靠。

c）接地體的規(guī)格和埋深應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，接地網(wǎng)屬于隱蔽工程，需經(jīng)運(yùn)行單位驗(yàn)收合格，并簽字確認(rèn)后，方可回填。

4.3 生產(chǎn)運(yùn)維方面

a）位于雷電活動特別強(qiáng)烈地區(qū)、發(fā)生雷擊跳閘的桿塔加裝線路避雷器，連續(xù)3～5基治理。

b）地面傾角大于30°的外側(cè)相、孤立山頭桿塔、山區(qū)擋距超過600 m的桿塔應(yīng)加裝避雷器。

c）保護(hù)角大于10°的桿塔塔頂加裝防雷側(cè)針，長度不少于2 m。

d）雷電活動強(qiáng)烈地區(qū)耐張轉(zhuǎn)角塔外角側(cè)應(yīng)加裝線路避雷器或輔助避雷線。

e）采取換土、延長水平射線等措施改善桿塔接地網(wǎng)。

f）對運(yùn)行5年以上的345支線路避雷器進(jìn)行直流特性測試，不合格的予以更換；對2 946支線路避雷器本體及復(fù)合絕緣子檢查，重點(diǎn)檢查端部密封情況。

g）根據(jù)2011年雷電活動情況修訂雷電活動分布圖，繪制地閃密度分布圖、雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖；編制《山西電網(wǎng)輸電線路防雷技術(shù)導(dǎo)則》，修訂《山西電網(wǎng)線路型避雷器使用導(dǎo)則》。

［1］ 張緯鈸，高玉明.電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合［M］.北京.清華大學(xué)出版社，1988:133-142.

［2］ 胡毅.輸電線路運(yùn)行故障分析與防治［M］.北京.中國電力出版社，2007:82-86.