铜陵电网输电线路雷击故障分析及对策

一、引言

铜陵地区地处长江中下游，是典型的亚热带季风气候区，在众多的山地丘陵中，含有铜、铁、黄金等多种金属矿产，年平均雷暴日为40天，雷电活动频繁。铜陵地区毗邻长江，河流、湖泊等水系较多，境内高山、丘陵连绵起伏，在地形、气候、接地电阻、杆塔结构等多种因素的影响下，雷击输电线路引起的线路跳闸故障较多，在2007年统计线路的13次跳闸中，雷击跳闸就7次，占线路跳闸总数的53.8%。日益增多的雷击线路跳闸，不仅影响到设备的安全运行，也极大的影响到人们的日常的生产、生活。

二、雷电跳闸分析

表1：铜陵地区220kV线路雷击故障情况统计表

2000-2007年，铜陵电网220kV输电线路共发生8次雷击跳闸，2006、2007年，雷击跳闸率一直维持在0.514次/百千米·年，高于国网公司要求的0.315次/百千米·年。在历次线路雷击跳闸中，绕击多发生在山区或杆塔较高的线路段;反击主要是由接地电阻过大或雷电流太强等因素造成。结合历次线路雷击跳闸，由理论知识分析影响线路雷击故障的具体因素：

1、近年来雷电活动逐年增强，线路雷击故障也有所增多。表2雷电定位信息系统中铜陵地区雷电统计显示，排除缺少数据的2006年，从2002至2007年，雷电数一直都在增加，可见铜陵地区雷电活动是在逐年增强的。全年雷电活动最强烈7、8月份，线路雷击故障超过半数。

表2：安徽电网雷电定位信息系统铜陵地区参数统计表

2、影响线路绕击的因素。从造成220kV线路跳闸的雷击类型来看，其中绕击为62.5%，占绝大多数。国内外普遍采用电气几何模型分析输电线路的绕击跳闸，在电气几何模型分析中(见图1)，影响导线绕击暴露弧BC的参数有保护角α、地面倾角、导地线对地距离，而影响导地线对地距离的有杆塔高度、地形等因素。故障统计中，故障杆塔高度超过35m的占80%，故障发生地点处于山坡或半山腰的占60%，可见在保护角确定的情况下，杆塔高度和地形是影响线路绕击率的重要参数。

图1：输电线路的电气几何模型

2.1保护角和杆塔高度。

保护角和杆塔高度是影响绕击的重要参数。跟据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》L/T 620-1997规程的经验公式计算出不同杆塔高度的绕击率随保护角而变化的曲线见图2，从图中可以看到，在负保护角时，线路绕击率接近零，而随着保护角的变大，绕击率显著增大。图中还显示，杆塔高度越高，线路绕击率也越高。

图2：绕击率与线路保护角、杆塔高度之间关系

近年来，新投运的220kV线路同杆双回路鼓型塔绕击跳闸次数较多，该塔型中相保护角小于15度，保护角并不偏大。但由电气几何模型分析得知，导线的暴露弧受到避雷线和地面共同作用，由于鼓型塔塔身较高，中相导线离避雷线和地面距离较大，又在其他两项导线外侧，使得避雷线和地面的屏蔽作用减弱，导线暴露弧增大，线路绕击率升高。同属该塔形的桂新2897线11号塔、桂库2889线102号塔遭受绕击跳闸的均为中相。

2.2地形对绕击率的影响。

输电线路在山区，经过的地形主要有平地、沿坡、山顶、山谷、爬坡、跨沟6类，由电气几何模型分析可知，能够影响线路绕击率的地形有沿坡、山顶、和跨沟三类。沿坡地形线路的下坡侧，山顶地形线路的两侧，其坡度构成电气几何模型中的地面倾角，显然，有地面倾角的一侧，地面对导线的屏蔽作用减弱，更容易发生绕击;在跨沟地形中，档距中间导地线，离地面距离过大，地面的屏蔽作用减弱，绕击率上升。

图3：影响线路绕击的三种地形

3、影响线路反击的因素。当雷击塔顶或避雷线，雷电流超过杆塔的耐雷水平时，就会引起绝缘子闪络，导致线路反击跳闸。影响杆塔耐雷水平的主要因素有杆塔接地电阻、绝缘配置等。

3.1接地电阻。在杆塔形式、绝缘配置确定的情况下，接地电阻是影响线路反击耐雷水平的主要因数。现利用铜陵电网220kV线路中使用较多的Z1型铁塔计算在不同的接地电阻情况下各自的耐雷水平，见表3。表中数据显示，随着接地电阻的增加，线路的耐雷水平明显降低，而伴随着线路耐雷水平的降低，出现超过耐雷水平的雷电流概率增加，线路所受威胁就越大。

表3： Z1型铁塔边相反击耐雷水平与接地电阻的关系

注：P1为雷电流超过耐雷水平的概率

220kV桂库线22号塔雷击跳闸主要原因就是接地电阻连接不规范，使用钢丝卡连接，在强雷电流冲击下，连接失效，使得接地电阻骤升，导致线路跳闸。

3.2绝缘配置。线路绝缘配置的提高，绝缘子的50%雷电冲击放电电压值随之提高，使得线路耐雷水平的上升。2007年铜陵公司对220kV线路进行调爬，提高了线路绝缘配置，图4中是调爬前15片FC70/127和调爬后14片XWP2-100线路耐雷水平的变化，可见线路耐雷水平明显提高。

图4：220kV线路调爬对线路耐雷水平的影响

绝缘子的50%雷电冲击放电电压值受到绝缘子表面污秽程度的影响，根据有关资料表明，对于污秽较重的绝缘子，其雷电冲击水平会有明显下降，一般可下降6%-10%，最严重时可下降15%-35%。

三、防雷措施

针对引起线路雷击跳闸的原因，总结和制定相应的技术措施如下：

1、充分利用雷电定位信息系统。

利用雷电定位信息系统，分析线路各段的落雷密度，再结合地形地貌，为制定相应措施提供依据。

2、改善接地电阻。

(1)降低接地电阻，是防止线路雷击反击跳闸的基本技术措施。在新建线路基建过程中，加大对隐蔽工程的监督验收工作，防止接地体违规连接，尽量避免采用降阻剂来降低接地电阻。

(2)铜陵地区属于重污区，接地容易受到酸雨的腐蚀，在历年接地普测中，从接地开挖检查结果来看，杆塔接地锈蚀严重，部分杆塔接地甚至锈断。在巡视线路时，要重点观察接地引下线是否锈蚀，对锈蚀的接地引下线要及时处理。同时，要积极采取有效的防腐技术手段，在锈蚀严重的地段，可试用防腐涂料涂刷接地体。

(3)对山区受地质、地形影响，接地电阻难以降低的地区，使用的接地模块等方法来降低接地电阻。

2、绝缘配置是影响线路耐雷水平的重要参数，而铜陵地区的严重污染降低了绝缘子的绝缘性能，影响到线路的耐雷水平。为减小绝缘子绝缘性能降低带来的影响，在满足空气间隙和风偏的情况下加1-2片绝缘子;使用合成绝缘子时，适当采用高绝缘性能的合成绝缘子。在日常维护中，特别是雷雨季节来临之前，对发现的零值绝缘子要及时更换，对污染严重的绝缘子串进行清扫或更换。

3、安装氧化锌避雷器。

线路型氧化锌避雷器是利用氧化锌阀门柱具有的非线性伏安特性和通流能量大的特点制造的过电压放电器，它连接在导线上呈高阻状态，电力系统与地面之间几乎是绝缘状态;当系统出现雷电过电压达到起始动作电压值时，其电阻率骤然下降，迅速泄流，从而有效保护绝缘子不发生闪络。

国内外广泛使用氧化锌避雷器用于输电线路的防雷，并取得良好效果。安装氧化锌避雷器能后不仅能明显提高线路的反击耐雷水平，还能够在雷击导线时，通过泄流而保护绝缘子免遭闪络，有效的防止线路绕击故障。

如果每基杆塔都加装避雷器，可以有效的保护线路不发生雷击故障，但由于线路杆塔数量多，加装成本太高。为使得安装更科学、经济，安装避雷器应符合以下原则：

(1)对有雷击记录的杆塔，分析故障类型是绕击还是反击，根据不同的故障原因采取相应的安装方案;

(2)结合雷电定位系统，对没有雷击跳闸记录，但落雷密度大，反击耐雷水平低的杆塔，可根据现场实际安装避雷器提高线路反击耐雷水平;

(3)对山区处于沿坡、山顶、和跨沟地形的线路，在计算出绕击率高的杆塔，在沿坡的外边坡侧，山顶的两侧，跨沟的两侧安装避雷器;杆塔较高，周围有水系的杆塔，两边相安装避雷器。

我们选择落雷密度大、线路易受绕击的220kV周新2893/2894线27-33号线路段分析避雷器的效果。周新线22-33号线路段紧邻长江，穿越笠冒山，受地形影响，该处落雷密度大;线路杆塔为双回路鼓型塔，两侧有地面倾角，容易绕击;历史上该段有绕击、反击跳闸记录。该段的29号、33号两基塔地势较高、接地电阻较大，避雷线保护角为12.5度、绝缘子型号为FXBW-220/100，冲击接地电阻分别为10Ω、15Ω。为能够有效防止鼓型塔中相绕击，为29号、33号两基塔中相安装避雷器，表4显示出安装避雷器后杆塔反击耐雷水平明显提升。绕击耐雷水平的计算表明，安装一组线路避雷器时，220kV线路的绕击耐雷水平(在R=100Ω)能达到50kA，表5中数据显示，33号塔最大绕击电流为26.31kA，在中相安装一组避雷器后，完全能够防止线路绕击跳闸。

表4：安装避雷器防反击效果

4、新建线路设计时采用零保护角或负保护角。

保护角是影响线路雷击绕击的重要因素，对于220kV线路新建线路，可要求设计单位在设计时采用零保护角或负保护角。

四、结束语

铜陵电网220kV线路雷击跳闸率居高不下，防止雷击故障是当前工作中的重点。降低接地电阻能够提高线路的反击耐雷水平，但不能防止绕击或强雷电流导致的反击，为能够有效的防止雷击跳闸，必须采取新的防治措施。选择安装线路型避雷器，不仅能够大幅提高杆塔的反击耐雷水平，而且能够有效防止线路绕击。

参考文献：

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