论文部分内容阅读
摘 要：雷电绕击是山区输电线路雷击跳闸的主要因素，梅州35kV石矿线线路走廊地处丘陵、山地区域，文章简要描述了山区微地形对35kV输电线路雷击跳闸的影响，并结合分析提出了针对35kV石矿线线路杆塔进行一杆一设计的差异化防雷策略。
关键词：雷电；绕击；差异化防雷；输电线路
1、引言
随着我国经济的高速发展，用电需求量与日俱增，电能的安全与稳定关系着千家万户的生活，作为电能的传输载体，输电线路稳定运行至关重要。雷电作为一种自然现象往往伴随着巨大的电磁脉冲和极高的雷电流将对电力的安全运输造成巨大威胁，雷击会造成输电线路或跳闸、或断线事故，据统计每年因雷击造成的输电线路跳闸事故占了线路跳闸总次数的40%～70%[1]。梅州隶属广东电网公司，广东地处强雷电活动区，输电线路规模大，电网密集程度高，线路雷击跳闸率均高于全国平均水平[2]。
2、 35kV石矿线雷击跳闸概况
梅州市位于广东省东北部，地处闽、粤、赣三省交界处，地质构造比较复杂，主要由花岗岩、喷出岩、变质岩、砂页岩、红色岩和灰岩六大岩石构成丘陵、山地地貌类型。梅州地处低纬，近临南海，受太平洋和山地的特定地形影响该地区属亚热带季风气候区，是南亚热带和中亚热带气候区的过渡地带，易形成干旱、暴雨、强对流天气和冻害等灾害性天气。
石矿线是梅州35kV输电线路，没有T接线路和电缆，从110kV石正变电站35kV出线构架起，至35kV四矿新站35kV进线构架止。35kV石矿线是2007年1月由原35kV石上线323和原35kV上一线312在上丰站终端杆合并而成，原35kV石上线323、35kV上一线312则是1975年12月投运的。石矿线地处梅州市梅县境内，线路走廊大部分处于丘陵与山地，日益恶劣的气候环境加上线路所处地域特征，导致石矿线近几年因雷击导致输电线路跳闸事故居高不下，近三年石矿线雷击跳闸统计见表一所示：
近年来，石矿线35kV输电线路雷击跳闸率有逐渐上升的趋势，究其原因还是与线路自身设计、线路所处山区地域各种微地形所造成的，要想降低线路雷击跳闸率就要针对线路走廊地形地貌分析，综合考虑微地形对线路雷击的影响，采取针对性的防雷策略。
3 、微地形对输电线路雷击跳闸的影响
雷击输电线路跳闸主要分为反击跳闸与绕击跳闸两类，一般情况下电压等级相对较低的线路易发生反击跳闸，因为输电线路自身绝缘水平较低，线路杆塔部分设计接地电阻不能满足雷电流泄露要求，导致地电位升高，雷击过电压超过线路的绝缘水平，从而发生雷击闪络并跳闸。根据《中华人民共和国电力行业标准 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合Overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations DL/T 620—1997》标准计算梅州35kV石矿线输的线路反击耐雷水平可达50kA，一般的小电流是无法造成反击跳闸的。
由于输电线路沿线路阻抗远大于杆塔模型阻抗，对于50kA以下较小雷电流一旦绕过避雷线击中导线，35kV输电线路必然造成線路跳闸 [3]。对于地处山区、丘陵的35kV线路而言，由于微地形和微气候因素，导致避雷线对线路保护范围减小，线路暴露弧增大，小电流雷击更容易击中导线，约占雷击跳闸事故的80%[4]，比常规地区反击跳闸/绕击跳闸比例大幅增加。
在35kV石矿线2016年的雷击跳闸中，通过雷电检测信息查询结果得知，杆塔附近产生大的雷电流为-115.5kA，而跳闸杆塔雷电流幅值较小，跳闸杆塔#33、#34、#35雷电流幅值为-24kA及-45.5kA，详细情况见表二、图一所示：
从近几年35kV石矿线跳闸统计得知，大部分跳闸都是由于雷电绕击引起的，然而线路具备避雷线、杆塔接地电阻也在国标规定值范围内。虽然通过全线降低杆塔接地电阻或加装避雷器可以有效预防雷击跳闸，但是对于35kV线路全线安装避雷器和降低杆塔接地电阻是一项巨大的工程，从施工难度和经济成本上考虑是不可取的，并且无针对性的全线改造对35kV线路绕机跳闸多的问题仍无法有效解决。因此，结合线路所处地域，针对山区、丘陵特定地下，分析研究典型地形对雷击输电线路问题具有重要意义。
梅州山区微地形中输电线路主要经过山坡线路、山顶线路、爬坡线路以及跨谷线路等，线路示意图如图二所示：
从图中可以看出，线路所处地形不同就会造成导线、地线以及大地之间的相对位置发生变化，对于导线来说，地线和大地提供了屏蔽作用，而发生绕机的概率恰恰就是取决于屏蔽作用。在相同雷电流幅值的情况下，随着地面倾角和山谷深度的增大，地面与导线之间的距离增大，大地屏蔽作用降低，线路暴露面积更大，加之小电流雷电下行先导与上行先导汇合的随机性更强，35kV石矿线更容易遭受雷电绕击，因此绕击防护应作为此段线路的重点防雷工作。
4 、差异化防雷策略
针对山区地形差异，结合微地形对线路雷击跳闸的影响，我们可以综合考虑杆塔情况，进行一杆一设计的思路进行线路综合防雷整治。
1、对处于周围有山脉环绕，中间具有地势开阔的盆地，周围山脉的水平倾角小于35°的杆塔，将杆塔接地电阻降低到10Ω，在杆塔顶端安装避雷波阻器[5]，有效防绕击与防反击并形成以杆塔为中心的点保护。
2、对处于线路档距比较小的上坡地带区域，或位于山坡中部至山顶档线的杆塔，进行接地电阻改造，安装避雷波阻器并配合使用避雷器形成综合防雷点，同时对相邻山坡上的杆塔也安装避雷器。
3、对处于连续几基杆塔位于山坡上的线档，且山坡过后即为开阔地的杆塔，除了进行接地改造、安装避雷波阻器等防雷改造后，还要对三相导线配合安装避雷器。这样有针对性的改造从施工难度上来说是可行的，并且经济成本可以大幅度的降低，对具体地形具体分析下的特殊杆塔改造，是降低35kV输电线路防绕击跳闸率的经济性和有效性措施。
5 、结论
防雷是一门边缘科学，防雷系统必须讲究科学性，经济适用性，对地处山区输电线路，结合具体的微地形特征走综合差异化防雷路线是切实可行的。综合防雷需考虑的远不止微地形这一点，微气候的影响也不容忽视，在以后的防雷工作中还应加大力度研究。
参考文献
[1]王桂春. 浅谈110KV架空输电线路防雷设计措施[J].商品与质量·建筑与发展，2013，（12）.
[2] 彭向阳， 周华敏. 广东电网防雷现状分析及建议[J].南方电网技术，2010，04（3）：87-91.
[3]黄建成， 镇江， 林苗等. 35kV无避雷线输电线路的有效防雷措施[J]. 广西电业，2005（12）：82-83.
[4] 宫杰. 输电线路防雷研究与设计[J]. 华北电力大学.北京.2008.
[5] 李平. 输电线路避雷波阻器分析[J]. 云南电力技术，2015，6：19-20.
关键词：雷电；绕击；差异化防雷；输电线路
1、引言
随着我国经济的高速发展，用电需求量与日俱增，电能的安全与稳定关系着千家万户的生活，作为电能的传输载体，输电线路稳定运行至关重要。雷电作为一种自然现象往往伴随着巨大的电磁脉冲和极高的雷电流将对电力的安全运输造成巨大威胁，雷击会造成输电线路或跳闸、或断线事故，据统计每年因雷击造成的输电线路跳闸事故占了线路跳闸总次数的40%～70%[1]。梅州隶属广东电网公司，广东地处强雷电活动区，输电线路规模大，电网密集程度高，线路雷击跳闸率均高于全国平均水平[2]。
2、 35kV石矿线雷击跳闸概况
梅州市位于广东省东北部，地处闽、粤、赣三省交界处，地质构造比较复杂，主要由花岗岩、喷出岩、变质岩、砂页岩、红色岩和灰岩六大岩石构成丘陵、山地地貌类型。梅州地处低纬，近临南海，受太平洋和山地的特定地形影响该地区属亚热带季风气候区，是南亚热带和中亚热带气候区的过渡地带，易形成干旱、暴雨、强对流天气和冻害等灾害性天气。
石矿线是梅州35kV输电线路，没有T接线路和电缆，从110kV石正变电站35kV出线构架起，至35kV四矿新站35kV进线构架止。35kV石矿线是2007年1月由原35kV石上线323和原35kV上一线312在上丰站终端杆合并而成，原35kV石上线323、35kV上一线312则是1975年12月投运的。石矿线地处梅州市梅县境内，线路走廊大部分处于丘陵与山地，日益恶劣的气候环境加上线路所处地域特征，导致石矿线近几年因雷击导致输电线路跳闸事故居高不下，近三年石矿线雷击跳闸统计见表一所示：
近年来，石矿线35kV输电线路雷击跳闸率有逐渐上升的趋势，究其原因还是与线路自身设计、线路所处山区地域各种微地形所造成的，要想降低线路雷击跳闸率就要针对线路走廊地形地貌分析，综合考虑微地形对线路雷击的影响，采取针对性的防雷策略。
3 、微地形对输电线路雷击跳闸的影响
雷击输电线路跳闸主要分为反击跳闸与绕击跳闸两类，一般情况下电压等级相对较低的线路易发生反击跳闸，因为输电线路自身绝缘水平较低，线路杆塔部分设计接地电阻不能满足雷电流泄露要求，导致地电位升高，雷击过电压超过线路的绝缘水平，从而发生雷击闪络并跳闸。根据《中华人民共和国电力行业标准 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合Overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations DL/T 620—1997》标准计算梅州35kV石矿线输的线路反击耐雷水平可达50kA，一般的小电流是无法造成反击跳闸的。
由于输电线路沿线路阻抗远大于杆塔模型阻抗，对于50kA以下较小雷电流一旦绕过避雷线击中导线，35kV输电线路必然造成線路跳闸 [3]。对于地处山区、丘陵的35kV线路而言，由于微地形和微气候因素，导致避雷线对线路保护范围减小，线路暴露弧增大，小电流雷击更容易击中导线，约占雷击跳闸事故的80%[4]，比常规地区反击跳闸/绕击跳闸比例大幅增加。
在35kV石矿线2016年的雷击跳闸中，通过雷电检测信息查询结果得知，杆塔附近产生大的雷电流为-115.5kA，而跳闸杆塔雷电流幅值较小，跳闸杆塔#33、#34、#35雷电流幅值为-24kA及-45.5kA，详细情况见表二、图一所示：
从近几年35kV石矿线跳闸统计得知，大部分跳闸都是由于雷电绕击引起的，然而线路具备避雷线、杆塔接地电阻也在国标规定值范围内。虽然通过全线降低杆塔接地电阻或加装避雷器可以有效预防雷击跳闸，但是对于35kV线路全线安装避雷器和降低杆塔接地电阻是一项巨大的工程，从施工难度和经济成本上考虑是不可取的，并且无针对性的全线改造对35kV线路绕机跳闸多的问题仍无法有效解决。因此，结合线路所处地域，针对山区、丘陵特定地下，分析研究典型地形对雷击输电线路问题具有重要意义。
梅州山区微地形中输电线路主要经过山坡线路、山顶线路、爬坡线路以及跨谷线路等，线路示意图如图二所示：
从图中可以看出，线路所处地形不同就会造成导线、地线以及大地之间的相对位置发生变化，对于导线来说，地线和大地提供了屏蔽作用，而发生绕机的概率恰恰就是取决于屏蔽作用。在相同雷电流幅值的情况下，随着地面倾角和山谷深度的增大，地面与导线之间的距离增大，大地屏蔽作用降低，线路暴露面积更大，加之小电流雷电下行先导与上行先导汇合的随机性更强，35kV石矿线更容易遭受雷电绕击，因此绕击防护应作为此段线路的重点防雷工作。
4 、差异化防雷策略
针对山区地形差异，结合微地形对线路雷击跳闸的影响，我们可以综合考虑杆塔情况，进行一杆一设计的思路进行线路综合防雷整治。
1、对处于周围有山脉环绕，中间具有地势开阔的盆地，周围山脉的水平倾角小于35°的杆塔，将杆塔接地电阻降低到10Ω，在杆塔顶端安装避雷波阻器[5]，有效防绕击与防反击并形成以杆塔为中心的点保护。
2、对处于线路档距比较小的上坡地带区域，或位于山坡中部至山顶档线的杆塔，进行接地电阻改造，安装避雷波阻器并配合使用避雷器形成综合防雷点，同时对相邻山坡上的杆塔也安装避雷器。
3、对处于连续几基杆塔位于山坡上的线档，且山坡过后即为开阔地的杆塔，除了进行接地改造、安装避雷波阻器等防雷改造后，还要对三相导线配合安装避雷器。这样有针对性的改造从施工难度上来说是可行的，并且经济成本可以大幅度的降低，对具体地形具体分析下的特殊杆塔改造，是降低35kV输电线路防绕击跳闸率的经济性和有效性措施。
5 、结论
防雷是一门边缘科学，防雷系统必须讲究科学性，经济适用性，对地处山区输电线路，结合具体的微地形特征走综合差异化防雷路线是切实可行的。综合防雷需考虑的远不止微地形这一点，微气候的影响也不容忽视，在以后的防雷工作中还应加大力度研究。
参考文献
[1]王桂春. 浅谈110KV架空输电线路防雷设计措施[J].商品与质量·建筑与发展，2013，（12）.
[2] 彭向阳， 周华敏. 广东电网防雷现状分析及建议[J].南方电网技术，2010，04（3）：87-91.
[3]黄建成， 镇江， 林苗等. 35kV无避雷线输电线路的有效防雷措施[J]. 广西电业，2005（12）：82-83.
[4] 宫杰. 输电线路防雷研究与设计[J]. 华北电力大学.北京.2008.
[5] 李平. 输电线路避雷波阻器分析[J]. 云南电力技术，2015，6：19-20.