姜常勝，劉明慧，鄭維剛，朱義東

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)丹東供電公司，遼寧 丹東 118000)

雷害是線(xiàn)路跳閘的主要因素之一，歷年遼寧省內(nèi)220 kV線(xiàn)路跳閘故障中繞擊雷普遍多于反擊雷[1]。220 kV鳳丹2號(hào)線(xiàn)在某一年內(nèi)發(fā)生10起跳閘，跳閘率達(dá)到21.7次/(100 km·a),在省內(nèi)輸電線(xiàn)路雷擊跳閘事故中較少見(jiàn)。220 kV鳳丹2號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)45.913 km，共111基鐵塔，其中98—111號(hào)與鳳丹1號(hào)線(xiàn)并架。單回線(xiàn)部分主要為貓形塔，雙回部分主要為鼓形塔。其直線(xiàn)塔絕緣配置為合成絕緣子上加裝一片大傘裙玻璃絕緣子。懸垂絕緣子串長(zhǎng)為2 150 mm。

1 鳳丹2號(hào)線(xiàn)跳閘情況

從發(fā)生10次跳閘的9基塔(50號(hào)塔重復(fù)落雷)地形情況、雷電流幅值、耐雷水平以及閃絡(luò)痕跡觀察來(lái)看，應(yīng)為3次繞擊跳閘，7次反擊跳閘。這與“山區(qū)線(xiàn)路發(fā)生繞擊跳閘的概率高于反擊跳閘率”的說(shuō)法不相符。

當(dāng)一基桿塔遭受雷擊發(fā)生1相跳閘、雷電流幅值小于線(xiàn)路反擊耐雷水平，而大于線(xiàn)路繞擊耐雷水平時(shí)，通常認(rèn)為發(fā)生了繞擊跳閘[2]，即50號(hào)塔C相跳閘和95號(hào)塔跳閘是繞擊的可能性非常大。而41號(hào)塔從閃絡(luò)痕跡來(lái)看，存在由高壓側(cè)向低壓側(cè)發(fā)展的痕跡，其線(xiàn)路沿山坡方向行走，并且雷電主放電點(diǎn)距桿塔3.94 km，綜合分析很可能為繞擊雷害。這三起雷電流幅值較大，為-92.7 kA以上，一般發(fā)生繞擊的可能性較小。

通常當(dāng)一基桿塔遭受雷擊后發(fā)生兩相及兩相以上同時(shí)跳閘可認(rèn)為是反擊雷害，同時(shí)伴隨著雷電流幅值大于線(xiàn)路反擊耐雷水平時(shí)，幾乎能夠確認(rèn)為反擊跳閘，以此判斷53號(hào)、56號(hào)、79號(hào)和102號(hào)塔(其雙回同時(shí)跳閘)共4起反擊跳閘。

其余3起跳閘其雷電流幅值大于線(xiàn)路反擊耐雷水平，其所處山地地形存在反擊的可能性，閃絡(luò)痕跡也疑似反擊等綜合確定為反擊雷害。

經(jīng)過(guò)分析，并非繞擊跳閘次數(shù)大于反擊跳閘次數(shù)，主要是反擊耐雷水平計(jì)算存在一定難度，并且影響計(jì)算結(jié)果的因素較多，運(yùn)維單位大多未進(jìn)行詳細(xì)核算，其次實(shí)際工作中往往依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分類(lèi)，再有由于設(shè)計(jì)或運(yùn)維原因?qū)е戮€(xiàn)路的耐雷水平不高。主要情況詳見(jiàn)表1。

2 雷擊跳閘因素分析

2.1 跳閘故障與地形分析

220 kV鳳丹2號(hào)線(xiàn)這10個(gè)故障桿塔中，只有50號(hào)塔為跨山坡行走，從耐雷水平、雷電流幅值、閃絡(luò)痕跡及所處地形來(lái)看，應(yīng)該是1次繞擊1次反擊；爬山坡行走的1基為41號(hào)塔，從耐雷水平、雷電流幅值(-100 kA，距離為3 940 m)、閃絡(luò)痕跡及所處地形來(lái)看，應(yīng)該是1次繞擊；跨山脊的2基，分別為53號(hào)塔和102號(hào)塔，2次均為反擊；處于突兀山頂?shù)?基，分別為40號(hào)、56號(hào)、67號(hào)、79號(hào)和95號(hào)塔，均為反擊。通過(guò)分析得出如下結(jié)論。

a.處于突兀山頂?shù)蔫F塔既易發(fā)生反擊又易發(fā)生繞擊，相對(duì)來(lái)說(shuō)，發(fā)生反擊概率略大些。其原因有兩個(gè)，一是處于山頂上桿塔的土壤電阻率相對(duì)較高，接地電阻值也相對(duì)較高，本次發(fā)生雷擊跳閘的桿塔接地電阻值均在15 Ω以上；二是桿塔處于山頂時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)往往跨越山谷，導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離較大。以上兩個(gè)原因?qū)е路磽裟屠姿较鄬?duì)較低。在分析56號(hào)塔反擊時(shí)，按通常條件計(jì)算該塔不應(yīng)發(fā)生反擊，后經(jīng)核實(shí)斷面，發(fā)現(xiàn)其跨越山谷，當(dāng)實(shí)際導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其耐雷水平就小于雷電流幅

值，可能發(fā)生反擊。同時(shí)，由于其兩側(cè)暴露，地面傾斜角相對(duì)較大，也易遭繞擊。但從統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，反擊次數(shù)更多。

b.跨越山脊的線(xiàn)路發(fā)生反擊的概率大，繞擊發(fā)生的可能性相對(duì)較小,主要是由于桿塔兩側(cè)地面傾斜角較小所致。

c.處于山坡上的線(xiàn)路發(fā)生繞擊的概率大，反擊次之。主要是由于桿塔下山坡側(cè)地面傾斜角較大，相對(duì)比較暴露。

2.2 地閃次數(shù)與跳閘之間關(guān)系

跳閘24 h內(nèi)，距桿塔2 km范圍內(nèi)對(duì)跳閘次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與跳閘情況進(jìn)行對(duì)照，得出結(jié)論：對(duì)于某一特定時(shí)間段內(nèi)，地閃次數(shù)與跳閘次數(shù)之間無(wú)明確對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果選取樣本足夠多時(shí)，地閃次數(shù)與跳閘次數(shù)存在正相關(guān)性。

6月3日102號(hào)塔反擊時(shí)的地閃情況如圖1所示。共發(fā)生了214次地閃，地閃次數(shù)最多的是80號(hào)塔附近51次(大于75 kA的雷電流只有1次)；其次是90號(hào)塔附近47次(大于75 kA的雷電流有7次)；100號(hào)塔附近28次(大于75 kA的雷電流只有4次)，發(fā)生1次跳閘。

圖1 6月3日14時(shí)—16時(shí)地閃地區(qū)分布情況

表1 鳳丹2號(hào)線(xiàn)雷擊跳閘情況統(tǒng)計(jì)

8月12日40號(hào)塔反擊時(shí)的地閃情況如圖2所示。共發(fā)生了157次地閃，其中，地閃次數(shù)最多的是10號(hào)塔附近83次(大于12 kA的雷電流有68次)；其次是40號(hào)塔附近34次(大于12 kA的雷電流有29次)，發(fā)生1次跳閘。

圖2 8月12日40號(hào)塔反擊時(shí)的地閃情況

全部發(fā)生10次跳閘時(shí)間段地閃情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如圖3所示。排名前5名的40號(hào)—80號(hào)塔均發(fā)生雷擊跳閘。

圖3 10次跳閘合計(jì)地閃次數(shù)分布圖

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，通過(guò)研究雷電的活動(dòng)規(guī)律來(lái)研究線(xiàn)路跳閘，防護(hù)措施效率可能不高，不如提高線(xiàn)路本體耐雷水平。

2.3 雷電流幅值分布與跳閘之間關(guān)系

從雷電流幅值分布情況來(lái)看，無(wú)明確對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4所示，小于12 kA的占總數(shù)20%，12～75 kA的占總數(shù)75%，大于75 kA的占總數(shù)5%。從概率角度來(lái)看，發(fā)生繞擊跳閘的概率相對(duì)高一些。

圖4 雷電流幅值分布圖

2.4 雷擊跳閘因素分析

通過(guò)分析該線(xiàn)路地閃分布情況和跳閘分布情況，在統(tǒng)計(jì)雷電故障分布和防雷工作布置方面有以下幾點(diǎn)：

a.能夠構(gòu)成反擊跳閘的地閃所占比例較低，按桿塔分布在2%～21%，總體比例為6%；理論上造成繞擊的概率較高，但從實(shí)際情況來(lái)看，反擊跳閘比繞擊跳閘高，說(shuō)明運(yùn)維單位應(yīng)該提高線(xiàn)路反擊耐雷水平，以降低跳閘率。

b.線(xiàn)路雷擊跳閘與地閃分布具有一定相關(guān)性，一般地閃次數(shù)增加時(shí)，線(xiàn)路跳閘的幾率增高，但無(wú)線(xiàn)性對(duì)應(yīng)關(guān)系。

c.可以通過(guò)對(duì)地閃、跳閘、線(xiàn)路本體、所處環(huán)境方面綜合考慮確定相對(duì)合理的雷電易擊區(qū)，以提高防雷工作的針對(duì)性。

3 存在的主要問(wèn)題

3.1 管理方面

各單位在雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面還需加強(qiáng)。目前，國(guó)內(nèi)外在計(jì)算耐雷水平和跳閘率方面的主要方法有規(guī)程法(通常采用的方法)、暫態(tài)計(jì)算法、幾何模型法(又稱(chēng)擊距法)和先導(dǎo)發(fā)生法。各種方法的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際發(fā)生跳閘的情況均存在差異。

在綜合評(píng)估線(xiàn)路預(yù)期方面還需加強(qiáng)。例如，設(shè)計(jì)中為了降低造價(jià)，采用高塔跨樹(shù)設(shè)計(jì)，降低了耐雷水平。還有標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620 《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》中要求220 kV線(xiàn)路耐雷水平不宜低于75～110 kA，但對(duì)于雙線(xiàn)路，應(yīng)不宜取下限配置。

3.2 設(shè)計(jì)方面

首先還存在缺乏防雷設(shè)計(jì)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)中未能給出耐雷水平、跳閘率計(jì)算。其次，差異化設(shè)計(jì)還需加強(qiáng)。例如，鳳丹雙回線(xiàn)多處于山區(qū)，污穢等級(jí)不高，可能發(fā)生的主要跳閘形式應(yīng)為雷擊和冰閃，而合成絕緣子的強(qiáng)項(xiàng)為防污閃，弱項(xiàng)為防雷擊和冰閃，如此配置并不適合。

3.3 運(yùn)維方面

標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)執(zhí)行得不夠嚴(yán)格，存在布線(xiàn)長(zhǎng)度不足、測(cè)試方法不規(guī)范、未考慮季節(jié)系數(shù)以及未能將接地電阻與土壤電阻率進(jìn)行認(rèn)真比對(duì)等問(wèn)題，提高專(zhuān)業(yè)人員業(yè)務(wù)水平的同時(shí)，落實(shí)規(guī)范化作業(yè)到位。

4 防護(hù)措施

4.1 管理方面

省內(nèi)應(yīng)開(kāi)展雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。對(duì)新建和改造項(xiàng)目進(jìn)行耐雷水平及雷擊跳閘率計(jì)算，提高線(xiàn)路抵御雷害的能力及防雷工作的針對(duì)性。還有應(yīng)加強(qiáng)全過(guò)程技術(shù)監(jiān)督工作。使從規(guī)劃設(shè)計(jì)到運(yùn)檢管理的全過(guò)程符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和制度的要求。避免因管理問(wèn)題帶來(lái)線(xiàn)路抵御自然災(zāi)害能力降低。加強(qiáng)職工業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高接地電阻測(cè)試工作質(zhì)量。

4.2 技術(shù)方面

認(rèn)真開(kāi)展差異化防雷設(shè)計(jì)，提高線(xiàn)路耐雷水平，降低線(xiàn)路跳閘率。可能應(yīng)對(duì)該線(xiàn)路進(jìn)行絕緣調(diào)整，提高50%。如搖擺角允許，可考慮增加絕緣子數(shù)量。同時(shí)進(jìn)行接地電阻改善，降低接地電阻，架設(shè)耦合地線(xiàn)，提高耦合系數(shù)，有針對(duì)性地安裝線(xiàn)路避雷器等方法避免雷害故障。

通過(guò)對(duì)本線(xiàn)路耐雷水平、雷電流幅值、地閃密度、地形等影響因素進(jìn)行了綜合分析，可以看出針對(duì)220 kV線(xiàn)路提高線(xiàn)路反擊雷耐雷水平能夠有效降低線(xiàn)路跳閘率，結(jié)合提高差異化防雷工作準(zhǔn)確性，豐富現(xiàn)有防雷措施，以達(dá)到減少類(lèi)似雷擊故障發(fā)生的目的。