220kV 線路避雷器雷電繞擊保護(hù)范圍及優(yōu)化應(yīng)用研究

周桂明

廣西博陽(yáng)電力工程建設(shè)有限責(zé)任公司 廣西南寧 530022

為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，減少輸電線路雷害事故，人們對(duì)輸電線路防雷這一課題進(jìn)行了大量的研究。國(guó)內(nèi)外超/特高壓電網(wǎng)雷害事故統(tǒng)計(jì)表明，雷電繞擊輸電導(dǎo)線是造成輸電線路雷害事故的主要原因。超/特高壓輸電線路作為遠(yuǎn)距離、大容量輸電的主要方式，其供電范圍非常之廣，雷電繞擊不僅會(huì)危害輸電線路的絕緣，引起線路跳閘，還可能形成入侵波危害與線路相連接的發(fā)電廠和變電站而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，準(zhǔn)確計(jì)算輸電線路的雷電繞擊率不僅能使超/特高壓線路的防雷性能評(píng)估結(jié)果更可靠，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路中的防雷薄弱點(diǎn)。

1 繞擊率分析

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010 第6.2.1.2 條：“某區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對(duì)應(yīng)的雷電流直接雷擊，以及某區(qū)內(nèi)的雷擊電磁場(chǎng)強(qiáng)度仍沒(méi)有衰減時(shí)，應(yīng)劃分為L(zhǎng)PZ0B 區(qū)?！盠PZ0B 區(qū)即直擊雷防護(hù)區(qū)。英國(guó)《建筑物防雷實(shí)用規(guī)范》（BS6651-1999）第16.6.2 條：“……另一方面，即使安裝了專設(shè)接閃器，還是存在一個(gè)繞擊問(wèn)題，即比所規(guī)定的雷電流小的電流仍有可能穿越專設(shè)接閃器而繞擊于屋頂?shù)目赡苄浴！?，也就是說(shuō)，LPZ0B 區(qū)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對(duì)應(yīng)的雷電流直接雷擊，但小于該雷電流仍有可能會(huì)繞擊。繞擊是指雷電擊中接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的被保護(hù)物體上的直接雷擊現(xiàn)象。繞擊率是評(píng)價(jià)避雷針和避雷線對(duì)建筑物直擊雷保護(hù)效果的重要指標(biāo)[1]。由雷云向地面發(fā)展的先導(dǎo)放電通道頭部到達(dá)擊距（即滾球半徑）位置以前，雷擊點(diǎn)是不確定的，直到先導(dǎo)與地面物體的距離等于擊距時(shí)，才開(kāi)始定向，即對(duì)先到達(dá)其擊距的物體放電。擊距R（滾球半徑）與雷電流幅值的關(guān)系式：R=10（i0）0.65（1）式中：R 為擊距（滾球半徑，m），i0 為雷電流幅值（KA）。

2 繞擊率區(qū)劃

按照1 類、2 類、3 類防雷類別，利用plot 函數(shù)繪制雷電繞擊率區(qū)劃分布圖，圖中黑色點(diǎn)區(qū)域即為存在繞擊率的區(qū)域。①黑色點(diǎn)標(biāo)記區(qū)域，主要分布在宣州區(qū)城區(qū)，涉及1 類防雷類別建筑物均存在繞擊的可能性，在防雷工程設(shè)計(jì)、施工時(shí)應(yīng)注意提高防護(hù)措施；②黑色點(diǎn)標(biāo)記區(qū)域，主要分布在宣州區(qū)、郎溪縣、廣德市的部分地區(qū)，涉及2 類防雷類別建筑物均存在繞擊的可能性，在防雷工程設(shè)計(jì)、施工時(shí)應(yīng)注意提高防護(hù)措施；③黑色點(diǎn)標(biāo)記區(qū)域，主要分布在宣州區(qū)、郎溪縣、廣德市、績(jī)溪縣、旌德縣的西部、涇縣的南部地區(qū)，涉及3 類防雷類別建筑物均存在繞擊的可能性，在一些重要或人員密集場(chǎng)所，如省級(jí)重點(diǎn)文物、學(xué)校等防雷工程設(shè)計(jì)、施工時(shí)需要提高防護(hù)措施[2]。

3 220 千伏線路雷電繞擊保護(hù)技術(shù)

適用于普通架空線路的雷電繞擊防護(hù)措施如減小保護(hù)角、裝設(shè)桿塔側(cè)針等，并不能完全適應(yīng)于220 千伏線路。220 千伏線路輸送功率大，若跳閘，電網(wǎng)則急需在短時(shí)間內(nèi)投入大量備用設(shè)施，高壓線路繞擊防護(hù)要求繞擊跳閘等于或接近0。220 千伏線路塔高串長(zhǎng)，環(huán)境復(fù)雜，只有減小保護(hù)角，比較適合采用線路220kV 線路避雷器、安裝桿塔側(cè)針。

3.1 做好線路架設(shè)區(qū)域調(diào)查

在實(shí)際工作中，區(qū)域地形、地貌嚴(yán)重影響輸電線路屏蔽作用。因此，需嚴(yán)格按照地形地貌，合理利用塔桿高度和接地電阻，才能發(fā)揮系統(tǒng)屏蔽作用，突出輸電線路雷電繞擊防護(hù)性。

3.2 做好線路架設(shè)區(qū)域調(diào)查

在實(shí)際工作中，區(qū)域地形、地貌嚴(yán)重影響輸電線路屏蔽作用。因此，需嚴(yán)格按照地形地貌，合理利用塔桿高度和接地電阻，才能發(fā)揮系統(tǒng)屏蔽作用，突出輸電線路雷電繞擊防護(hù)性。

4 實(shí)例分析

4.1 不同地面傾角下的雷電繞擊率

雷電繞擊率隨地面傾角增大而成倍增大，這說(shuō)明線路經(jīng)過(guò)地面傾角較大的山區(qū)時(shí)更容易發(fā)生雷電繞擊事故，也與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相符。在地面傾角較小時(shí)，改進(jìn)前后計(jì)算結(jié)果幾乎相同；在地面傾角為25°時(shí)，改進(jìn)后比改進(jìn)前計(jì)算結(jié)果增大4.28%。這是因?yàn)楦倪M(jìn)前未修正擊距曲線交點(diǎn)縮短了暴露弧的投影，保護(hù)弧的投影基本不變，從而使繞擊率偏小。故通過(guò)修正擊距曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)能提高雷電繞擊率計(jì)算的準(zhǔn)確度[3]。

4.2 不同保護(hù)角下的雷電繞擊率

改進(jìn)前后計(jì)算結(jié)果均表明雷電繞擊率隨保護(hù)角增大而增大；這與模型中保護(hù)角增大，暴露弧投影長(zhǎng)度增加，保護(hù)弧投影長(zhǎng)度減小相符。在保護(hù)角為0°、5°和10°時(shí)，改進(jìn)后計(jì)算結(jié)果比改進(jìn)前分別大3.03%、5.74%、11.70%。這是因?yàn)殡S著保護(hù)角的增加，雷電可以通過(guò)負(fù)的入射角繞擊另一側(cè)導(dǎo)線，且其可能性隨著保護(hù)角的增加而增加。因此，隨著保護(hù)角的增加，改進(jìn)前雷電繞擊率計(jì)算結(jié)果偏小越嚴(yán)重。

4.3 不同呼稱高度下的雷電繞擊率

桿塔呼稱高度越低，雷電繞擊率越低。這是因?yàn)闂U塔呼稱高度低，大大增強(qiáng)了地面對(duì)輸電導(dǎo)線的屏蔽作用。隨著呼稱高度的增加，改進(jìn)前雷電繞擊率計(jì)算結(jié)果偏小越嚴(yán)重。在繼續(xù)減少保護(hù)角而雷電繞擊率降低不明顯時(shí)，可通過(guò)選擇呼稱高度較低的桿塔來(lái)降低線路雷電繞擊率。

5 強(qiáng)化超特高壓輸電線路雷電繞擊防護(hù)性能的參數(shù)精準(zhǔn)完善

5.1 合理安裝線路220kV 線路避雷器

220kV 線路避雷器是防止絕緣子閃絡(luò)的專用設(shè)施，目的是提升線路的雷電抵抗性能。特高壓輸電線路雷電繞擊防護(hù)要選擇耐雷水平120kA 以上設(shè)備，利用較大的繞擊電流實(shí)現(xiàn)線路防雷擊保障。在構(gòu)建接地電阻時(shí)，要做好電壓鉗制作管理。依據(jù)接地電阻的計(jì)算，當(dāng)線路耐雷水平達(dá)到100kA 時(shí)，出現(xiàn)最大坡度下特高壓輸電線路雷電繞擊的概率很低，選擇此數(shù)值可有效應(yīng)對(duì)大多數(shù)情形。

5.2 選擇安裝合適的桿塔側(cè)針

用針電極尖端的先導(dǎo)特性解決特高壓輸電線路雷電繞擊進(jìn)行避雷是避雷的主要技術(shù)之一。在易出現(xiàn)雷擊的線路區(qū)域內(nèi)安裝側(cè)向避雷針，可減少對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不良的影響。在實(shí)際工作中，根據(jù)實(shí)際選擇合適的特高壓輸電線路雷電繞擊側(cè)針。因輸電線路地形復(fù)雜，要在跨越山谷雷擊高發(fā)地安裝更多避雷側(cè)針預(yù)防雷電。

6 結(jié)語(yǔ)

特高壓輸電線路雷電繞擊技術(shù)可以有效避免雷擊對(duì)特高壓輸電線路產(chǎn)生的危害和影響。特高壓輸電線路雷電繞擊影響因素包含保護(hù)角、輸送電壓和地面傾角等影響因素。為有效解決特高壓輸電線路雷電繞擊隱患，不但要做好雷電繞擊技術(shù)防護(hù)，還要安裝好避雷針提高整體防護(hù)水平，進(jìn)而保障電力網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。