220kV巴墩线雷击风险评估及改造措施

李孟李耀中

摘要：本文通过分析新疆220kV巴墩线雷击跳闸故障，应用ATP-EMPT对巴墩线进行反击耐雷水平仿真，用电气改进几何法对巴墩线进行绕击耐雷水平计算。结合上述计算结果进一步计算出全线每基杆塔的反击跳闸率和绕击跳闸率，并对每基杆塔进行防雷等级评估，根据评估结果对相应评估较弱的杆塔进行改造，提出相应的改造措施。

关键词：雷电活动变化跳闸防雷评估耐雷水平防雷措施

0引言

近年来，新疆电网发展迅速，“十三五”期间，雷击造成电网线路跳闸在近几年有所增加。需要采取有效的防雷措施来避免雷电对电网稳定和安全运行产生的威胁。针对相应的雷电活动发生规律制定有效地防范措施十分必要，输电线路雷电防护是一项长期而复杂的工作。220千伏巴墩I、Ⅱ线地形地貌复杂杆塔遭受雷击风险很高，所以有必要对该线路进行防雷性能评估。根据防雷性能评估结果结合影响线路耐雷水平的因素，制定出有效的防雷措施。

1故障简介

220千伏巴墩I、Ⅱ线2013年7月27日投运。2015年4月17日新疆巴州供电公司所运行的220千伏巴墩I、II线发生的雷击跳闸故障。巡视人员发现巴墩I、II线78号塔大号侧方向左下相（巴墩II线A相）上下均压环、右上相（巴墩I线A相）下均压环有明显烧伤痕迹及大号侧避雷线（右）悬垂线夹螺帽有明显灼烧痕迹。判断此处为巴墩I、II线故障点。

综合以上，发现雷电定位系统记录与现场实际故障点塔号以及时间、测距信息吻合。结合巴墩线这次雷击跳闸故障，有必要对全线进行雷击跳闸风险评估，并针对评估结果对线路进行防雷改造。

2线路雷击跳闸率计算

2.1线路反击跳闸率计算

78#塔的塔型为ZE4-SZC3，。地线弧垂按5.5m考虑，导线弧垂按7.5m考虑雷电流波形参数取值为0.8/50μs[1]。

通过ATP-EMTP对选取的SZC3型杆塔模型进行耐雷水平仿真，依次得到不同杆塔高度时，使绝缘子发生闪络的最小闪络电流。

78#杆塔反击一相闪络耐雷水平约为56kA。而实际测得的雷电流达-71.5kA，远大于计算值，可以确定这是一次反击故障。

2.2线路绕击跳闸率计算

我国《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定，线路的绕击输电线路发生的概率与地形、保护角和杆塔的高度有直接关系。雷电绕击导线的概率计算公式：

平原地区线路：

——（1）

山区线路：

——（2）

上式中：为线路受雷电绕击率；为线路的保护角（度）；h为杆塔高度（m）；

图2-1酒杯塔电气几何模型

3线路雷击跳闸率风险评估

雷害风险评估标准以国家电网公司发布的《110（60）kV-500kV架空输电线路管理规范》为依据。按照以往220kV高压线路的运行经验。绕击占71.6%、反击占28.4%，因此将220kV巴墩线绕击跳闸率指标定位0.22554次/百公里•年，反击跳闸率定位0.08946次/百公里年。

3.1反击跳闸率评估

由沿巴墩线逐基杆塔反击跳闸率计算结果，各种风险等级杆塔A、B、C、D各级的杆塔数量分别为12基、33基、45基、12基，所占比例分别为12%、32%、44%、12%，其中有56%杆塔反击防雷性能不能达到理想标准，闪络风险偏高，从中可以发现这些杆塔主要位于较高的山顶[2]。

3.2绕击跳闸率评估

通过对线路每根杆塔进行绕击跳闸率沿巴墩线逐基杆塔绕击跳闸率计算结果，其中绕击闪络风险较高的15基杆塔分别为：021#、023#、044#、046#、048#、049#、051#、057#、070#、081#、083#、084#、085#、，从中可以发现这些杆塔主要位于坡度较大的山坡。

3.3雷击跳闸率评估

通过把线路每根杆塔反击跳闸率和绕击跳闸率相加计算得到雷击跳闸率，对计算所得杆塔雷击跳闸率划分A，B，C，D。如下图所示：

图3-1不同杆塔雷击跳闸率

由沿巴墩线逐基杆塔雷击跳闸率计算结果来看有83%的杆塔防雷效果能够满足防雷需要，但是有17%杆塔防雷性能不能达到理想标准，闪络风险偏高。其中雷击闪络风险较高的13基杆塔分别为：023#、044#、046#、048#、057#、070#、072#、075#、077#、078#、083#、084#、085#。

4防雷改造措施

综合上述分析，根据该线路已有的跳闸记录，结合各种防雷措施的优缺点和影响雷击跳闸线路特征、地形地貌等因素，在220kV巴墩线防雷改造时，建议采用安装避雷器和利用接地电阻模块降低杆塔接地电阻的方法[3]。

4.1降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻可以使雷击塔顶电位降低，达到提高线路的耐雷水平的作用，从而防止反击事故的发生[4]。

4.2安装氧化锌避雷器

在输电线路上安装氧化锌避雷器是可以有效的减少雷击事故。

5结语

本文通过ATP-EMTP仿真和电气几何模型法计算杆塔的耐雷水平、绕击跳闸率和反击跳闸率，根据计算结果进行防雷评估，对全线每基杆塔进行防雷等级评估划分，综合分析得到巴墩线有83%的杆塔能够满足线路防雷需求，对防雷等级评估为C级和D级的杆塔制定合理的防雷措施如安装氧化锌避雷器、加装石墨接地极等。通过防雷评估认识到线路防雷必须因地制宜，充分考虑经济性、工程性、采取合适的防雷措施，同时为了使防雷措施更加有效需要大力开展雷电观测工作，做到综合防雷和差异化防雷。

参考文献：

[1]李瑞芳，吴广守，曹晓斌，等.山区输电线路雷电绕击跳闸率的计算［J］．电网技术.

[2]钟炯聪.高压输电线路综合防雷与探讨.华南理工大学.

[3]吕世勇，张松岩.浅谈对高压送电线路设计防雷措施的探讨.工程技术.

[4]黄伟忠.高压输电线路综合防雷措施的研究与应用.