在三峽庫區(qū)典型線路220kV防雷分化技術(shù)的研究

1、在三峽庫區(qū)典型線路220kV防雷分化技術(shù)的研究周世平，阮凌，姚遙 顧山墻，趙俊，張思涵 湖北電力公司 防雷技術(shù)研究部 武漢，中國 國家電網(wǎng)電武漢南瑞有限公司 電力科學(xué)研究院 武漢，中國 摘要由于在三峽地區(qū)復(fù)雜的氣候和地理環(huán)境，并且在這一地區(qū)經(jīng)常有一些的閃電活動(dòng)。因此，這一地區(qū)的輸電線路防雷性能很弱。為了提高電源的穩(wěn)定和可靠，提高評(píng)價(jià)和改造輸電線路的耐雷水平是很重要的。本文研究是基于微分技術(shù)和220kV輸電線路典型防雷策略。詳細(xì)地分析閃電活動(dòng)的差異，地形地貌，線的結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)，對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，然后，防雷分化方案就可以基于評(píng)價(jià)結(jié)果提出了。關(guān)鍵詞防雷分化；三三峽地區(qū)；輸電線路；220kV；雷擊

2、閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)。一、引言 根據(jù)近幾年中國國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)運(yùn)行分析，雷擊跳閘次數(shù)在110kV 500kV輸電設(shè)備跳閘總數(shù)中占第一，在造成傳輸設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)的頻率比中占第二位（僅次于外力破壞）。他們嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全和電力供應(yīng)的安全性和可靠性 1 2 。因此降低雷擊跳閘率是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的一個(gè)重要任務(wù)。 湖北西部的三三峽地區(qū)水電資源豐富，也是中國西電東送的重要通道。沿著狹窄的三峽地區(qū)，聚集了各種高壓輸電線路，如dc-uhv ac-uhv，及其他各種電壓等級(jí)的輸電線路。他們都有很寬的輸電線路走廊和很高高的輸電塔的特點(diǎn)。此外，該地區(qū)雷電活動(dòng)非常頻繁，并由閃電造成的損害是及其嚴(yán)重的，所以要在三峽庫區(qū)

3、防雷減災(zāi)是一個(gè)非常艱巨的任務(wù)。其中，由于220KV以下電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)有很多的輸電線路，分布較廣，密度更大，也更容易被閃電活動(dòng)的影響。因此，輸電走廊的安全與區(qū)域電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行有著嚴(yán)重的關(guān)系。 因此，運(yùn)行部門高度重視湖北西部三峽地區(qū)的防雷工作。安裝可控放電避雷針和局部安裝線路避雷器取得了一定的效果。但由于220kV及以下電壓等級(jí)的線路接地情況很復(fù)雜，并且區(qū)域氣候和地理環(huán)境復(fù)雜，所以線路的防雷能力仍然薄弱。因雷擊造成的跳閘嚴(yán)重影響了三峽地區(qū)電力供應(yīng)的穩(wěn)定和可靠。根據(jù)三峽地區(qū)突出的防雷問題，對(duì)三峽地區(qū)典型的220kV線路進(jìn)行了基于分化防雷技術(shù)和防雷策略的綜合管理研究。本文綜合考慮了線路雷電

4、活動(dòng)特征，地貌特征，塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及絕緣配合，對(duì)輸電線路雷擊閃絡(luò)評(píng)估了風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇合適的防雷措施以及制定綜合防雷管理方案。然后針對(duì)目前防雷管理方案進(jìn)行預(yù)期的管理效果評(píng)價(jià)。二 、防雷技術(shù)的分化 考慮到線路走廊雷電活動(dòng)，地形條件，電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及輸電線路防雷特性 3 輸電線路防雷技術(shù)的鑒別是雷擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和雷電防護(hù)總體綜合水平。同時(shí)，根據(jù)已安裝并會(huì)采取避雷管理方案的保護(hù)措施，他會(huì)在采取措施后對(duì)雷電閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。評(píng)價(jià)結(jié)果可以在添加防雷措施后，評(píng)估防雷性能。傳輸線分化防雷技術(shù)的具體實(shí)施過程示于圖1，本文采用電氣幾何模型（EGM）計(jì)算屏蔽故障的防雷性能，并采用蒙特卡羅方法來進(jìn)行回

5、閃絡(luò)避雷性能計(jì)算4 - 7。每個(gè)塔包括雷電參數(shù)，詳細(xì)的數(shù)據(jù)線結(jié)構(gòu)，地貌，地形，歷史雷擊閃絡(luò)等每個(gè)塔的雷擊閃絡(luò)率及整線的計(jì)算和每座塔與整線的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)根據(jù)防雷雷擊風(fēng)險(xiǎn)的來源和特征措施，選擇適當(dāng)?shù)拇胧└鶕?jù)評(píng)價(jià)結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出閃電保護(hù)改造原則不同的防雷改造方案的建立預(yù)計(jì)雷擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖1 防雷分化的工藝流程圖三、參數(shù)統(tǒng)計(jì) A、線路規(guī)劃 GC線是三峽庫區(qū)典型的220kV輸電線路。GC線全長33.374km，有79個(gè)塔在GC線。其中，有15（2 # 16 #）雙回路塔，和64（1 # # # 17，79）單回路塔。從2000年到2009年有11次雷擊閃絡(luò)故障發(fā)生在GC線。有

6、7回閃絡(luò)故障，3次屏蔽故障的故障和原因不明的1次故障。雷擊閃絡(luò)跳閘率是每年平均每100英里2.861826次。反擊跳閘率是每年平均每100英里1.821162次。繞擊跳閘率是每年平均每100英里0.780498次。2009年，GC線路防雷措施由宜昌電力公司改進(jìn)了。在這條防雷改進(jìn)線已經(jīng)安裝可控放電避雷針和副針。此外，為了減少雷擊閃絡(luò)跳閘率，10（30 # # #，32，41，44，52 # # #，46，60，69 # #，61，72，#）塔已安裝避雷器，18（6 8 30 # 

7、; #，#  44 #）塔已安裝耦合地線。B、雷電參數(shù)統(tǒng)計(jì) 掌握線路走廊的雷電分布特征，并且獲得實(shí)際的雷電參數(shù)來評(píng)價(jià)防雷性能是實(shí)現(xiàn)差分防雷技術(shù)、提高技術(shù)和評(píng)估 8 雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)可的重要依據(jù)。GC線路上的雷電活動(dòng)分布特征分析及典型雷電參數(shù)的采集是基于由湖北省雷電定位系統(tǒng)從2000年到2009年的閃電探測(cè)數(shù)據(jù)。GC線從2000年2009年每年的平均地閃密度表現(xiàn)為圖2。在11次雷擊故障之中，9次出現(xiàn)最大的地閃密度是第五級(jí)（地閃密度大于4.5f /（km2a）。雷擊故障主要出現(xiàn)在一些閃電活動(dòng)相對(duì)活躍的地區(qū)。因此，雷擊故障與地閃密度的之間的關(guān)系是很明顯的。在三峽地

8、區(qū)的雷電流從2000年到2009年累積概率分布作為GC線的照明電流參數(shù)。雷電電流三峽區(qū)域累積概率分布的嵌合表達(dá)式為（1），其中平均值電流為40.7kA。圖2 從2000年到2009年間的GC線路走廊地閃密度C、線路參數(shù)統(tǒng)計(jì) 線路的特性參數(shù)包括線路基本信息、塔的結(jié)構(gòu)和絕緣以及沿線路的地貌特征等，這些參數(shù)是評(píng)估雷擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)和防雷 9 分化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。沿著線路走廊的地貌所有信息都是通過三維GIS系統(tǒng)掃描得到的。地形，平原占14%，山區(qū)占86%。在地貌，沿坡面積占88.6，沿山頂面積占7.6，并且沿流域面積占3.8。 塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及絕緣配合都是通過原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)獲得的。在塔型方面，轉(zhuǎn)角塔占30

9、.4。在接地電阻大小上，設(shè)計(jì)值是從15到20，在跨度上，有6個(gè)大跨度塔，細(xì)節(jié)顯示為表格I。表一 GC輸電線路的大跨度塔塔號(hào)跨度（m）地貌45#46#1118.7沿坡49#50#1150沿坡60#61#1330.4沿坡四、輸電線路的雷電閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估A 線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 考慮到由中國國家電網(wǎng)公司公布的“管理規(guī)范110（66）千伏500千伏架空輸電線路”，220kV輸電線路的雷擊閃絡(luò)跳閘率是每年每100英里100.315次，考慮到屏蔽失敗和背面閃絡(luò)的比例對(duì)于GC行照明的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)顯示為圖表二。表II GC輸電線路雷電閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)則 繞擊跳閘率 Pr<0.04725 0.04725Pr&

10、lt;0.0945 0.0945Pr<0.14175 Pr0.14175 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) A B C D 回閃絡(luò)跳閘率 Pf<0.11025 0.11025Pf<0.2205 0.2205Pf<0.33075 Pf0.33075 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) A B C D 雷擊閃絡(luò)跳閘率 P<0.1575 0.1575P<0.3150 0.3150P<0.4725 P0.4725 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) A B C D B 輸電線路雷擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 綜合考慮到雷電活動(dòng)、線的結(jié)構(gòu)和絕緣、地貌以及已經(jīng)采取的防雷措施等特點(diǎn)，綜合雷電閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以進(jìn)行。評(píng)估包括屏蔽失效閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)、背閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)

11、以及對(duì)于每個(gè)塔整體雷電閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)估包括考慮無防雷措施，和考慮到現(xiàn)有的防雷措施兩種情況。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示為圖表III?？梢姡珿C行回閃的風(fēng)險(xiǎn)是非常高的，而屏蔽失效閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)較低，這符合GC線路的實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。表III GC線路中許多不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的塔的分布風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)ABCD回閃風(fēng)險(xiǎn)不考慮防雷措施塔號(hào)092545塔比例011.4%31.6%57%考慮到現(xiàn)有的防雷措施塔號(hào)10161835塔比例12.7%20.3%22.8%44.3%屏蔽失效風(fēng)險(xiǎn)不考慮防雷措施塔號(hào)574315塔比例72.2%5.1%3.8%19%考慮到現(xiàn)有的防雷措施塔號(hào)586411塔比例73.4%7.6%5.1%13.9%雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)不考

12、慮防雷措施塔號(hào)2301928塔比例2.5%38%24%35.4%考慮到現(xiàn)有的防雷措施塔號(hào)12291622塔比例15.2%36.7%20.3%27.8%5、 建立分化防雷改造方案在GC線路上的已經(jīng)發(fā)生的所有雷擊事故中，屏蔽失效閃絡(luò)故障和回閃絡(luò)故障都是存在的，其中回閃的故障占70。為了減小屏蔽失效閃絡(luò)故障，2009年在整條線路上已經(jīng)安裝了可控放電避雷針和側(cè)面針。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，在安裝可控放電避雷針和側(cè)面針后屏蔽失效閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低了。因此，綜合防雷改造主要以減少回閃絡(luò)跳閘率為主，同時(shí)也考慮減少屏蔽失效閃絡(luò)跳閘率。根據(jù)此修改的目的，可以來選擇避雷措施。根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的防雷措施，并且結(jié)合優(yōu)勢(shì)和

13、現(xiàn)有的防雷措施和線路的運(yùn)行缺點(diǎn)情況，安裝線路避雷器和降低桿塔接地電阻是防雷措施的主要改進(jìn)。目的是減少電阻，建議經(jīng)營單位對(duì)接地電阻進(jìn)行重復(fù)的測(cè)量，并在考慮線路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的同時(shí)確定接地的改革對(duì)象。該改革方案主要是針對(duì)安裝避雷器的線路來確定轉(zhuǎn)型塔數(shù)量。安裝線路避雷器的確定流程所需要的塔如圖 3所示。 根據(jù)評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)，GC線路改造的塔號(hào)如表 4所示。燈光閃絡(luò)歷史記錄 雷電閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果 塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 地貌和地形特征塔已發(fā)生雷擊閃絡(luò)，但還沒有安裝避雷器塔的屏蔽失敗和回閃風(fēng)險(xiǎn)都在D級(jí)塔的回閃的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為D級(jí)圖3. 決定修改塔的流程圖表IV GC線路塔數(shù)量的改進(jìn)選擇修改塔的標(biāo)準(zhǔn)123修改塔號(hào)4#5#10#

14、24#43#45# 3#7#9#11#12#14#15# 2#6#13#16#17#18#19#20#23#25#27#29#42#47#48#49#50#53#56#68#71#74# 塔的數(shù)量6722塔的比例7.6%8.9%27.8% 經(jīng)營單位計(jì)劃安裝100個(gè)左右線路避雷器在這個(gè)傳輸線。第一次使用EMTP檢查塔回閃絡(luò)耐雷水平。對(duì)于雙回路塔，一般安裝4個(gè)避雷器在高壓側(cè)和中壓側(cè)。如果EMTP檢查發(fā)現(xiàn)，閃回耐雷水平仍然很低，所有的六個(gè)相都應(yīng)安裝避雷器。對(duì)于單回路懸掛塔，它通常是安裝2個(gè)避雷器在側(cè)相。對(duì)于單個(gè)電路角塔，其通常安裝2個(gè)避雷器在上坡和下坡側(cè)相。如果EMTP檢查發(fā)現(xiàn)，塔的反擊耐雷水平仍然

15、很低，那么所有三個(gè)相都應(yīng)安裝避雷器。根據(jù)避雷器的結(jié)構(gòu)模式，結(jié)合所確定的變換塔數(shù)，GC線路的改造方案可以得到如 表格 五.表五 GC線路的重構(gòu)計(jì)劃措施 避雷器 備注修改的塔號(hào) 2#（雙線）、3#（雙線）、4#（雙線）、 14塔雙回路（5安裝6個(gè)避 5#（雙線）、6#（雙線）、7#（雙線）、 雷器，其余全部安裝4個(gè)避雷 9#（雙線）、10#（雙線）、11#（雙線）、器），21塔是單回路（24， 12#（雙線）、13#（雙線）、14#（雙線）、 50，71和74安裝3個(gè) 15#（雙線）、16#（雙線）、 避雷器，其余全部安裝2個(gè)避 17#、18#、19#、20#、23#、24#、 雷器） 25#、2

16、7#、29#、42#、43#、45#、 47#、48#、49#、50#、53#、56#、 68#、71#、74# 修飾比例 44.3%避雷器號(hào)碼 104桿 13x4+1x6+17x2+4x3=104預(yù)計(jì)費(fèi)用 145.6萬元 1.4x104=145.6 改造方案共需要104個(gè)避雷器，這是與工作單位的要求一致的。220kV線路避雷器每個(gè)成本1.410萬元（含安裝費(fèi)）。該方案的預(yù)期重建費(fèi)用為145.6萬元。根據(jù)重建方案中的預(yù)期的治理效果進(jìn)行評(píng)估。改造后，預(yù)計(jì)回閃絡(luò)跳閘率將下降62.6，和預(yù)期的屏蔽故障率將下降98.5。相較于GC線路的操作經(jīng)驗(yàn)，2000年至2009年，預(yù)計(jì)雷擊跳閘率將下降70.9。V

17、I 結(jié)論與展望 本文采用防雷分化技術(shù)，傳輸線，旨在為開展220千伏GC線路在三峽地區(qū)湖北省西部綜合雷擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。并且分化的防雷重建方案可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果而得出。主要結(jié)論如下： （1）綜合考慮雷電活動(dòng)，線的結(jié)構(gòu)和絕緣、地貌、已經(jīng)采取的防雷措施等特點(diǎn)，雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)估可以得出。評(píng)估包括屏蔽失效閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，背閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，并且對(duì)于每個(gè)塔整體雷電閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)估認(rèn)為兩種情況，包括考慮無防雷措施和考慮到現(xiàn)有的防雷措施。 （2）修改方案選擇安裝避雷器作為主要的改造措施。然后，最優(yōu)方案可以根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)率提出。預(yù)期的GC線路雷擊跳閘率將下降70.9%。 （3）綜合防雷改造方案目前已經(jīng)實(shí)施了。因此，在事

18、先的評(píng)估結(jié)果應(yīng)與雷雨季節(jié)的實(shí)際治理效果進(jìn)行比較。 （4）本文提出的防雷保護(hù)的差異化技術(shù)為在湖北西部的三峽地區(qū)220kV線路和類似地區(qū)的110千伏輸電線路防雷的有效方法和寶貴經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)1張志勁，司馬文霞，蔣興良等人，對(duì)超高壓和特高壓輸電線路的屏蔽故障的防雷性能的研究，中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，第25卷，第10章，第1-6頁，2005。2李XL，JH陳，SQ谷等，2000年2007年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和輸電線路雷擊閃絡(luò)分析，高電壓技術(shù)與應(yīng)用，第53-55，2008年重慶國際會(huì)議論文集，中國，2008年11月?！?】陳煒江，陳佳香港，顧山羌，等人，“中國電網(wǎng)雷電監(jiān)測(cè)與保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)，“高電壓技術(shù)，34卷，10號(hào)，2008頁的報(bào)告。（中文） 4 美國visacro，R.N.迪亞斯，C. R. D.基塔，“確定關(guān)鍵的防雷性能沿傳輸線”的地方，新的方法，IEEE跨。在電力輸送，卷20，2號(hào)，第4 1459-1464，2005?！?】IEC 62305-2：2006，防雷保護(hù)2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理，2006。 6  W. A. Chisholm，”IEEE Flash程序：