顧承昱，張錦秀，任 超

（1.華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，上海 200437；2.上海市電力公司，上海 200122；3.中國電力投資集團(tuán)公司高級(jí)培訓(xùn)中心，上海 200240）

1 上海電網(wǎng)雷擊跳閘特點(diǎn)

上海電網(wǎng)地處長江三角洲沖擊平原地區(qū)，土壤電阻率較低，500kV，220kV和110kV線路歷年跳閘率較低，而配電線路的雷擊跳閘率較高，特別是位于城郊的10kV線路。

10kV配電網(wǎng)中桿塔的平均高度要比較高等級(jí)輸電線路的桿塔低，在城市中的線路受到建筑物和樹木的遮蔽，遭受直擊雷的機(jī)會(huì)相對(duì)較少。

位于城郊地區(qū)的配電線路，由于架設(shè)在空曠的地域，還是容易遭受到雷擊。例如：浦東供電公司現(xiàn)有10kV絕緣導(dǎo)線長528.4km，絕緣化率為30.87%；絕緣導(dǎo)線線路有287條，已經(jīng)安裝上電壓保護(hù)器的線路有69條，僅占24%。大部分線路設(shè)備均在郊區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合部，極易遭受雷擊。另外，因10kV配電網(wǎng)電壓等級(jí)低，其絕緣等級(jí)也相對(duì)較低，加上線路之間的距離短，遭受雷擊后很容易跳閘。2010年上海電網(wǎng)線路的雷擊跳閘統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 2010年上海電網(wǎng)線路雷擊跳閘統(tǒng)計(jì)

由表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，在配電網(wǎng)的雷害事故中，10kV線路跳閘為1 610次；35kV線路跳閘為86次，約占整個(gè)電力系統(tǒng)雷害事故的80%。

隨著配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的日趨完備，污穢、線路外破等原因?qū)е戮€路跳閘的次數(shù)逐漸增加，雷害已經(jīng)成為影響10kV配電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要原因。在全社會(huì)對(duì)供電可靠性要求不斷提高的情況下，改善城郊地區(qū)10kV配電網(wǎng)防雷性能的工作勢(shì)在必行，這也是上海電網(wǎng)線路防雷工作的重中之重。

2 雷電對(duì)配電線路的影響分析

雷擊對(duì)配電系統(tǒng)主要有三方面的影響，即雷擊跳閘次數(shù)較多；雷擊跳閘重合不成功；絕緣導(dǎo)線遭雷擊斷線。

2.1 雷擊跳閘次數(shù)較多

決定線路雷擊跳閘次數(shù)的主要因素是：線路走廊內(nèi)的落雷密度，線路的引雷寬度，線路防雷設(shè)計(jì)和性能參數(shù)。通常，線路的防雷設(shè)計(jì)是符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則的，就是允許線路有一定的可接受的雷擊跳閘率。一般來說，雷擊跳閘大部分都可以重合成功，對(duì)系統(tǒng)的影響較小。因此，對(duì)于雷擊跳閘次數(shù)多的問題需要從局部和全局兩個(gè)方面考慮。

對(duì)于局部地區(qū)線路在一次雷電活動(dòng)中（或一年中）跳閘率增高，需要分析其原因是線路所處的位置雷擊活動(dòng)較強(qiáng)，還是該地區(qū)的線路防雷性能較差。如果確認(rèn)線路防雷性能較差，就要采取針對(duì)性的措施。對(duì)于上海地區(qū)整體來說，線路跳閘次數(shù)增多后，其中重合不成功次數(shù)也會(huì)有一定比例的增加。隨著客戶對(duì)供電可靠性要求的提高和近年雷電活動(dòng)的增強(qiáng)，有必要采取加強(qiáng)線路的防雷性能等措施來提高供電可靠性。

2.2 雷擊跳閘重合不成功

雷擊跳閘重合不成功會(huì)造成線路較長時(shí)間的停電，對(duì)系統(tǒng)造成重大的影響，其主要原因是雷擊致使設(shè)備故障和短時(shí)間多次雷擊。由于雷電的能量巨大，雷擊線路時(shí)會(huì)引起配電線路上桿變、避雷器和絕緣子等設(shè)備的損壞，造成永久性故障，導(dǎo)致雷擊跳閘后重合閘不成功。尤其在雷電活動(dòng)特別頻繁的季節(jié)，線路雷擊跳閘后會(huì)緊接著遭受第二次雷擊，同樣會(huì)造成重合閘不成功。

2.3 絕緣導(dǎo)線遭雷擊斷線

由于絕緣導(dǎo)線在防外破、解決樹線矛盾等方面的性能，致使上海電網(wǎng)10kV系統(tǒng)中絕緣導(dǎo)線占了很大比例，同時(shí)也大大增加了雷擊絕緣導(dǎo)線時(shí)斷線的概率，并且會(huì)發(fā)生雷擊斷線后導(dǎo)線縮進(jìn)絕緣介質(zhì)內(nèi)沒有接地信號(hào)的情況，很有可能導(dǎo)致人身傷害，是電力系統(tǒng)的一個(gè)重大安全隱患。

3 提高配電線路防雷水平分析

3.1 現(xiàn)行防雷措施的標(biāo)準(zhǔn)和要求

在DL／T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)中和10kV線路防雷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中明確了35kV及以下線路，一般不沿全線架設(shè)避雷線。除少雷區(qū)外，3kV—10kV鋼筋混凝土桿配電線路，宜采用瓷或其他絕緣材料的橫擔(dān)；如果用鐵橫擔(dān)，對(duì)供電可靠性要求高的線路宜采用高一電壓等級(jí)的絕緣子，并應(yīng)盡量以較短的時(shí)間切除故障，以減少雷擊跳閘和斷線事故。對(duì)于雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地方和經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和線段，應(yīng)改善接地裝置、架設(shè)避雷線、適當(dāng)加強(qiáng)絕緣或者架設(shè)耦合地線。

分析上述標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于10kV線路，除了沒有要求架設(shè)避雷器以外，對(duì)防雷的要求還是較高的，這包括加強(qiáng)線路絕緣和減少故障切除時(shí)間等措施。從中可以看出上述標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)思想形成較早，當(dāng)時(shí)的桿塔絕緣桿（木桿）占了很大的比例，隨著近幾年的電網(wǎng)快速發(fā)展，新線路大多數(shù)采用鋼筋混凝土桿塔和鋼桿，線路的絕緣水平降低很多。

早期標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)，10kV線路的可靠性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在高，是以節(jié)約投資為主要目的。因此，根據(jù)目前的電網(wǎng)建設(shè)和需要，適當(dāng)提高10kV線路的防雷水平是很有必要的。

3.2 上海電網(wǎng)開展配電線路防雷分析

國外在配電網(wǎng)的防雷保護(hù)方面進(jìn)行了大量的研究。例如：日本在6.6kV—20kV線路上，主要采取避雷線與避雷器并用、加強(qiáng)絕緣、設(shè)置級(jí)差絕緣、改進(jìn)接地等防護(hù)措施，線路的雷害停電事故比改進(jìn)前取得了明顯的效果。

上海地區(qū)原來的35kV線路也是嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)，只在變電站附件的進(jìn)線段安裝避雷線，由于發(fā)生雷擊故障較多，就陸續(xù)在全線加裝了避雷線。采取此項(xiàng)措施后，35kV線路的雷擊跳閘率明顯下降，跳閘后基本重合成功。這對(duì)10kV的防雷具有很好的參考意義。

另外，在上海部分空曠地區(qū)的10kV雷擊嚴(yán)重線路，也已經(jīng)安裝避雷線進(jìn)行研究和探索。例如：靠近虬江碼頭的虬18線路，長2.72km，其周邊沒有高大的建筑，但在2001—2003年期間，虬18線路連續(xù)發(fā)生多起雷擊故障，經(jīng)過2003年8月12加裝避雷線后，沒有再發(fā)生雷擊跳閘的故障。

借鑒國內(nèi)外同行的防雷先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上海電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，在防雷方面做了大量工作和探索。

1）部分郊區(qū)線路增設(shè)避雷線 對(duì)未安裝避雷線的10kV線路增設(shè)避雷線，用以提高對(duì)導(dǎo)線的屏蔽耦合作用，以及加強(qiáng)對(duì)雷電流的分流，降低塔頂電位，提高線路的耐雷水平。

2）提高線路的絕緣水平 采用高一絕緣等級(jí)的絕緣子，提高雷電流沖擊耐受電壓；金具采用剝絕緣層安裝的耐張線夾，提高防雷水平和防止絕緣導(dǎo)線遭雷擊斷線。

3）全線安裝防雷擊斷線裝置和防雷金具對(duì)早期絕緣導(dǎo)線線路進(jìn)行改造，全線安裝防雷擊斷線裝置和防雷金具，并安裝雷擊顯示裝置，提高線路耐雷水平，加快故障點(diǎn)尋找速度，減少運(yùn)行巡視工作量。

4）利用雷電定位系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)管理系統(tǒng)輔助防雷工作 上海市電力公司的上海電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)目前是一個(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)的雷電觀測(cè)系統(tǒng)，可以借助雷電定位系統(tǒng)清晰地了解某一時(shí)段的雷電分布情況。例如：2010年8月26日，嘉定地區(qū)和青浦地區(qū)的雷擊跳閘特別嚴(yán)重，這和往年的金山地區(qū)和奉賢地區(qū)等靠近海邊地區(qū)雷擊嚴(yán)重的情況大不相同。通過雷電定位系統(tǒng)的查詢，嘉定地區(qū)和青浦地區(qū)在這一時(shí)段落雷明顯強(qiáng)于海邊的金山地區(qū)和奉賢地區(qū)，如圖1和表1所示。

圖1 2010年8月26日上海地區(qū)落雷分布

表1 2010年8月26日0：00—23：00時(shí)段上海地區(qū)落雷數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2是2010年8月份的落雷密度統(tǒng)計(jì)分析，可以明顯地看出北部的嘉定地區(qū)（落雷密度為14.107）以及青浦地區(qū)（落雷密度為5.791）的雷電，較南部海邊幾個(gè)地區(qū)的雷電活動(dòng)較強(qiáng)。

圖2 2010年8月上海各區(qū)落雷密度統(tǒng)計(jì)分析

雷電定位系統(tǒng)除了可以比較宏觀的、全面的幫助分析落雷情況外，更重要的是可以結(jié)合上海電網(wǎng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）的詳實(shí)線路信息，進(jìn)行線路跳閘的雷擊分析，對(duì)較長的配電線路雷擊故障的排查提供幫助。例如：通過對(duì)松江地區(qū)10kV線路8起雷擊斷線故障查詢，發(fā)現(xiàn)其中6起的定位精度在200m左右，如圖3所示。2010年7月4日一次雷電活動(dòng)引起某條線路跳閘，借助雷電定位系統(tǒng)可以清晰的判斷落雷點(diǎn)在線路的東側(cè)（8—12號(hào)桿），實(shí)際雷擊斷線為8～10號(hào)間斷線。這樣，對(duì)于較長的配電線路，雷電定位系統(tǒng)可以清晰地判斷雷擊故障點(diǎn)所在線路的區(qū)段，協(xié)助故障點(diǎn)的查詢，縮短雷雨天氣下故障排查時(shí)間，力爭提前恢復(fù)送電。

圖3 配電線路跳閘雷擊相關(guān)性查詢

3 提高配電線路防雷水平建議

配電線路防雷精細(xì)化是今后工作的方向，上海市郊的配電線路由于數(shù)量多、分布廣和絕緣水平低等諸多原因，很容易受到雷害的影響。上海電網(wǎng)對(duì)配電防雷的工作非常重視，通過積極探索，取得了一定的成績，但在防雷精細(xì)化工作方面還應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)和給力。為此，提出以下建議：

1）加強(qiáng)雷電數(shù)據(jù)檢測(cè)和雷害風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估工作 雷電定位系統(tǒng)在歷年的防雷工作中發(fā)揮了巨大作用，需要收集好雷電信息和電網(wǎng)跳閘情況，研究科學(xué)量化評(píng)估雷害風(fēng)險(xiǎn)的方法，使上海市電力公司建立起基于雷電數(shù)據(jù)檢測(cè)、雷害風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估的線路防雷設(shè)計(jì)、建設(shè)與改造標(biāo)準(zhǔn)體系，用以降低線路跳閘率，進(jìn)一步提高設(shè)備可靠性。

2）加強(qiáng)線路差異化防雷工作 上海電網(wǎng)涵蓋多個(gè)市郊的地域，線路桿塔的類型，絕緣化率和目前使用的防雷裝置都有所不同，因此要針對(duì)各種不同的線路進(jìn)行防雷改造，采取有針對(duì)性的技術(shù)措施。

3）加快防雷試點(diǎn)工作及評(píng)估防雷效果 針對(duì)目前提出的10kV線路上的防雷措施試點(diǎn)工作，在安裝試點(diǎn)后需要同密切關(guān)注其雷季的運(yùn)行情況，考慮結(jié)合先進(jìn)的國內(nèi)外技術(shù)安裝雷電照相、雷擊計(jì)數(shù)器等就地觀測(cè)裝置，深入進(jìn)行防雷效果評(píng)估，以便為今后的推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4）提高配電網(wǎng)防雷改造資金的利用效率在配電網(wǎng)線路防雷中，線路的絕緣水平與跳閘率有著密切的相關(guān)性，為了提高線路的耐雷水平，需要投入大量資金。而配電線路覆蓋范圍廣、數(shù)量多，為此，在有限的防雷改造資金的條件下，防雷改造的使用必須突出重點(diǎn)，有必要對(duì)各種防雷措施進(jìn)行試點(diǎn)比對(duì)，選擇投入相對(duì)較少，防雷效果明顯（性價(jià)比高）的措施，選擇重點(diǎn)線路先行安排防雷改造。