高壓輸電線路防雷工作大數(shù)據(jù)分析與研究

黃升博

【摘 要】本文以深圳電網(wǎng)為模型，以大數(shù)據(jù)分析為手段，通過對深圳電網(wǎng)近8年110kV及以上高壓輸電線路線路雷擊跳閘情況對比分析、雷擊閃烙絕緣子缺陷及故障率統(tǒng)計(jì)分析、跳閘相序排列分析、重復(fù)跳閘線路分析等研究雷擊跳閘的特點(diǎn)、原因及規(guī)律，為防雷工作提供思路與參考。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電線路；雷擊跳閘；大數(shù)據(jù)；分析

中圖分類號： TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）26-0099-002

Big Data Analysis and Research on Lightning Protection of High Voltage Transmission Line

HUANG Sheng-bo

（Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd.，Shenzhen，Shenzhen Guangdong 518000，China）

【Abstract】This paper takes Shenzhen Power Grid as a model and big data analysis as a means.By comparing and analyzing the lightning trip of 110kV and above transmission lines in Shenzhen Power Grid in recent 8 years，the defects and failure rates of the lightning insulators are analyzed statistically，Arrangement analysis，repeated trip analysis and other analysis of the characteristics of lightning trip，the reasons and the law for the mine to provide ideas and reference.

【Key words】High voltage transmission line；Lightning trip；Big data；Analysis

0 引言

近年來，隨著城市高速發(fā)展和人們對美好生活的日益追求，作為城市電網(wǎng)的大動脈的高壓輸電線路，其安全穩(wěn)定運(yùn)行更顯重要。對于在惡劣天氣情況下，因落雷的隨機(jī)性，高壓輸電線路因雷擊跳閘事件不可避免，針對這一現(xiàn)狀，通過對雷擊跳閘各類情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，有利于查找雷擊跳閘特點(diǎn)、原因及規(guī)律，對防雷工作有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 深圳輸電線路跳閘情況

近年來，深圳電網(wǎng)的快速發(fā)展，隨著城市化建設(shè)速度的加快，近年來，發(fā)生過多起因施工外力破壞導(dǎo)致線路跳閘的事件，2003-2010年，500kV線路共計(jì)跳閘19次，其中外力破壞占42.1%，由于500kV線路其設(shè)計(jì)防雷能力較高，因此造成500kV線路跳閘的主要原因?yàn)橥饬ζ茐摹?003-2010年，220kV線路共計(jì)跳閘151次，其中雷擊跳閘82次，占54.3%。2003-2010年， 110kV線路共計(jì)跳閘645次，其中雷擊跳閘369次，占57.21%。因此，雷擊是造成歷年來線路跳閘的主要原因之一。

2 雷擊跳閘數(shù)據(jù)分析

2.1 雷擊跳閘情況

2010年，深圳電網(wǎng)110kV及以上線路雷擊跳閘共計(jì)81次， 其中，110kV線路跳閘62次，占雷擊跳閘次數(shù)76.54%，220kV線路跳閘19次，占雷擊跳閘次數(shù)23.46%，未發(fā)生一起因雷擊跳閘導(dǎo)致的變電站失壓或大范圍停電故障。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，結(jié)合雷電活動情況，數(shù)據(jù)顯示，線路雷擊跳閘率自2003年以來基本為逐年下降的趨勢。

2.2 雷電活動情況

2010年，深圳地區(qū)年雷電日為252天，雷電小時(shí)為1525小時(shí)，總落雷次數(shù)為45202個(gè)，比2009年36165次落雷增加25%，最大雷電流為595.4kA，均為近年來數(shù)據(jù)之最。其中 2010年5月7日共計(jì)落雷4453次，比2009年1-5月累計(jì)落雷次數(shù)還多80.42%，共造成線路雷擊跳閘19次，占當(dāng)年雷擊跳閘總數(shù)的23.5%。數(shù)據(jù)證明，雷電活動情況同輸電線路跳閘次數(shù)密切相關(guān)。

2.3 雷擊跳閘具體情況分析

2.3.1 同塔多回線路跳閘分析

2010年雷擊跳閘的線路，單回路桿塔占11.11%，多回路桿塔占88.89%，其中多回路桿塔中220kV線路同塔雙回占89.2%，同塔多回占10.1%；110kV線路同塔雙回占91.3%，同塔多回占7.5%。從歷年數(shù)據(jù)可以看出，同塔多回路線路跳閘情況居多，故應(yīng)在同塔多回路線路設(shè)計(jì)及運(yùn)維方面重點(diǎn)考慮防雷措施。

2.3.2 雷擊跳閘線路保護(hù)角分析

根據(jù)線路設(shè)計(jì)規(guī)程要求，220kV輸電線路雷擊跳閘桿塔線路保護(hù)角需滿足小于20度的要求，110kV輸電線路雷擊跳閘桿塔線路保護(hù)角需滿足小于25度的要求。深圳電網(wǎng)220kV線路雷擊跳閘線路保護(hù)角100%為10度～20度；110kV線路雷擊跳閘線路保護(hù)角93%為10度～20度，小于10度的占7%。

通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，深圳高壓架空輸電線路保護(hù)角均滿足設(shè)計(jì)要求，但線路投運(yùn)后雷擊跳閘次數(shù)和跳閘率仍偏高。綜合考慮，主要是由于深圳地處沿海，雷電活動頻繁，結(jié)合特殊的地理環(huán)境，深圳地區(qū)線路保護(hù)角設(shè)計(jì)如下較為合理：500kV線路<0度；220kV<5度；110kV<10度。

2.3.3 雷擊跳閘跳閘線路桿塔所處地形地貌統(tǒng)計(jì)分析

2010年雷擊跳閘線路桿塔70.6%處于山頂或三脊處；11.76%位于丘陵或山脈的上邊坡外側(cè)；17.64%位于平地。其中，對于處于山頂或上邊坡側(cè)線路桿塔雷擊跳閘均符合國內(nèi)外雷擊跳閘地理位置規(guī)律，在此地段，如果架空線路分布密集，可以考慮在傳統(tǒng)防雷的基礎(chǔ)上，適當(dāng)選址建立引雷塔，以提高防雷水平。endprint

2.3.4 絕緣子缺陷及故障分析

2010年，深圳地區(qū)高壓輸電線路雷擊跳閘81次，其中發(fā)生在玻璃絕緣子69次，合成絕緣子10次，瓷質(zhì)2次，輸電線路玻璃、合成、瓷質(zhì)絕緣子比例約為6：3：1，玻璃、合成、瓷質(zhì)絕緣子雷擊跳閘比例分別為59%、33.3%和7.7%。數(shù)據(jù)看來，玻璃絕緣子和合成絕緣子的耐雷水平相對較差，但由于合成絕緣子遭受雷擊后具有恢復(fù)特性，為暫時(shí)性故障，不影響線路的繼續(xù)運(yùn)行。

2.3.5 跳閘相序排列分析

深圳輸網(wǎng)單回路結(jié)構(gòu)線路雷擊跳閘中，以兩邊相的跳閘比率較高，以2010年數(shù)據(jù)為例，占了跳閘總數(shù)的63.6%；同塔雙回或多回結(jié)構(gòu)線路，上中下三相雷擊跳閘比例基本一致，差異不大，但以中相、下相的跳閘比例最高，各占雙回路跳閘總數(shù)的31.4%；同塔四回線路結(jié)構(gòu)以上相、下相的跳閘比例較高，占了線路跳閘總數(shù)的40%和33.3%。結(jié)合上面數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)規(guī)律與規(guī)程計(jì)算繞擊跳閘率偏高的理論一致。

2.4 雷擊跳閘原因分析

深圳地區(qū)雷電活動頻繁，強(qiáng)度大。根據(jù)廣東電網(wǎng)公司雷電定位系統(tǒng)中查詢結(jié)果，僅2005年，深圳地區(qū)落雷次數(shù)為17374次；2006年為28205次；2007年為27020次； 2008年落雷次數(shù)高達(dá)39821次，雷電達(dá)到峰值271天；2009年落雷次數(shù)為35099次，雷電日為240高達(dá)224天，2010年落雷次數(shù)為45134次，雷電日為279天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過線路設(shè)計(jì)中40日的標(biāo)準(zhǔn)雷電日。雷電活動頻繁是輸電線路雷擊跳閘的主要原因。

再者，隨著深圳電網(wǎng)規(guī)模的不斷增長，以及雷電活動的隨機(jī)性，導(dǎo)致了雷擊跳閘次數(shù)及頻率的增加；而深圳電網(wǎng)受制于土地資源稀缺，同塔多回路線路逐年增多，易發(fā)生多回路同時(shí)跳閘；從地理位置上來看，部分位于重污染地區(qū)及靠近海邊的線路桿塔金具及附件的老化嚴(yán)重，從而影響了線路的防雷性能。此外，由于高壓輸電線路桿塔大多位于野外及山上，盜竊電力設(shè)備事件時(shí)有發(fā)生，尤其是桿塔接地引下線及地網(wǎng)被盜走，導(dǎo)致輸電線路接地電阻變大，從而影響了防雷效果。

3 防雷工作存在的主要問題

3.1 輸電線路防雷設(shè)計(jì)有待提升

輸電線路設(shè)計(jì)一般具有相應(yīng)設(shè)計(jì)資質(zhì)設(shè)計(jì)單位完成，但設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)水平參差不齊，存在現(xiàn)場踏勘不細(xì)、套用圖紙、基礎(chǔ)收資不完整等問題，導(dǎo)致線路防雷設(shè)計(jì)差異化深度不足。

3.2 防雷工作的前瞻性不夠

對強(qiáng)雷區(qū)的避讓不足、桿塔過高、保護(hù)角設(shè)計(jì)過大、元件選型考慮不周、塔頭選擇不合理、防雷措施不到位等問題，造成線路雷擊跳閘次數(shù)增加隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增長，防雷工作前瞻性不夠。

3.3 防雷工作科技含量不高

防雷工作的一個(gè)很關(guān)鍵工作是要要在雷擊跳閘后，查到雷擊跳閘發(fā)生的位置。目前雷電定位系統(tǒng)但單一雷擊位置反應(yīng)有一定的準(zhǔn)確性，但對復(fù)雜環(huán)境及未知原因跳閘的定位不準(zhǔn)確。跳閘后，仍舊主要靠人工巡視查找雷擊點(diǎn)，而且是根據(jù)巡查人員經(jīng)驗(yàn)類判斷，因此，雷電定位的科技含量和大數(shù)據(jù)分析有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.4 防雷工作的統(tǒng)籌性不強(qiáng)

防雷工作是一項(xiàng)長期工作，統(tǒng)籌性不強(qiáng)主要體現(xiàn)在防雷差異化工作需進(jìn)一步加強(qiáng)。防雷差異化包括根據(jù)環(huán)境、線路類型等的不同采取增加絕緣子、改造接地電網(wǎng)、安裝避雷器等措施。目前，電力企業(yè)雖然進(jìn)行了差異化防雷工作，但如何針對不同防雷工作統(tǒng)籌安排仍有很多提升工作，還應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)工作，降低雷擊同跳概率。

4 防雷建議措施

4.1 前期把關(guān)新線路防雷設(shè)計(jì)

對于新建高壓輸電線路線路，結(jié)合前面分析，深圳地區(qū)線路保護(hù)角設(shè)計(jì)建議如下：500kV線路<0度；220kV<5度；110kV<10度。同時(shí)應(yīng)結(jié)合新建線路地區(qū)污染度、雷電分布情況，綜合線路重要性、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、實(shí)施難度等因素，合理利用采用差異化防雷、減小線路防雷保護(hù)角等手段，提升設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提升桿塔反擊耐雷水平。

4.2 運(yùn)行線路開展綜合改造

一是采取加強(qiáng)絕緣、桿塔接地電阻檢測、地網(wǎng)改造、線路避雷器安裝、架空地線引流線更換安裝等措施，提升輸電線路防雷水平。二是針對同塔多回輸電線路投運(yùn)后曾發(fā)生過雷擊同跳的桿塔，宜在該塔及前后各一基塔選擇一回線路安裝線路避雷器。三是開展引雷塔、防雷接閃器、石墨接地體、輸電線路故障精確定位裝置等新技術(shù)應(yīng)用；實(shí)施雷電定位系統(tǒng)升級改造，力圖提高雷擊的探測精度和探測效率。四是開展絕緣子劣化檢測更換，對玻璃絕緣子噴涂PRTV涂料。五是在線路密集的高山地區(qū)選址建立引雷塔及開展防雷新技術(shù)研究。

5 防雷前景展望

通過對深圳地區(qū)高壓輸電線路雷擊跳閘大數(shù)據(jù)分析情況，結(jié)合目前的防雷措施，筆者認(rèn)為，在今后的防雷工作，有必要對以下三個(gè)方面工作重點(diǎn)加強(qiáng)，以強(qiáng)化防雷基礎(chǔ)，提升防雷效果，提升供電可靠性。

5.1 結(jié)合雷擊跳閘大數(shù)據(jù)分析，開展電網(wǎng)輸電線路雷區(qū)分布動態(tài)分析，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)的落雷數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握落雷情況，并結(jié)合電網(wǎng)線路桿塔GIS坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行同時(shí)段區(qū)域橫向比較、同區(qū)域或同一桿塔點(diǎn)歷史落雷及線路跳閘的縱向比較，并對相關(guān)數(shù)據(jù)動態(tài)綜合分析，差異化提出防雷措施及辦法，使防雷工作更有前瞻性和針對性。

5.2 加強(qiáng)與地方氣象部門溝通，建立長期聯(lián)系聯(lián)動機(jī)制。氣象部門有比較準(zhǔn)確完善的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)，電力企業(yè)有雷擊跳閘數(shù)據(jù)及雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過聯(lián)系聯(lián)動，將雷電定位數(shù)據(jù)、氣象閃電定位數(shù)據(jù)及預(yù)警系統(tǒng)的雷電參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，并結(jié)合實(shí)際情況，合理確定地方防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提升線路防雷水平。

5.3 做好雷電環(huán)境區(qū)域等參數(shù)收集分析，通過數(shù)據(jù)對比開展大數(shù)據(jù)分析。目前，國內(nèi)對于雷擊線路尚缺乏最為直接的影響資料及雷電流特性參數(shù)等最為直接的雷電參數(shù)，因此，獲取第一手雷電參數(shù)資料，積極開展雷電性能分析研究，必將極大拓寬防雷思路及方式。endprint