基于歷史數據分析的差異化防雷技術研究

魏 浩，馬 進

（國網四川省電力公司廣元供電公司,四川 廣元 628000）

基于歷史數據分析的差異化防雷技術研究

魏 浩，馬 進

（國網四川省電力公司廣元供電公司,四川 廣元 628000）

差異化防雷體系的提出為廣元電網建設適合自己的輸電線路個性化防雷方案提供了理論依據。針對每條線路，從不同的電壓等級、運行環(huán)境、線路走廊、設備狀態(tài)出發(fā)，制定更有針對性、經濟性的防雷措施。一方面降低生產運維成本，另一方面提高線路耐雷水平，保障線路可靠供電，減少雷擊跳閘率。以廣元輸電線路為對象，基于四川省雷電定位系統(tǒng)數據，分析了2009年至2015年的輸電線路運行情況，再以110 kV三沐北線為典型案例，總結了一套適合于廣元輸電線路的防雷措施，對每基桿塔進行防雷性能評估，以防繞擊為重點，依托現有的防雷配置水平，制定多套具有不同特點防雷改造方案，并從經濟性和可靠性方面進行技術評價，依據改造目標和管理要求，確定出最佳改造方案，安排大修技術改，在實踐中檢驗方案的正確性和可行性，并不斷進行修正和完善，形成閉環(huán)反饋。

廣元電網；輸電線路；大數據；差異化防雷；三沐北線

0 引言

廣元電網地處陜、甘、川三省交界，平均海拔1 200 m，屬亞熱帶濕潤季風氣候。廣元北部為高山，南部屬低山地區(qū)，冬季寒冷，多風，夏季炎熱，秋季晝夜溫差較大。廣元全年平均氣溫16.0℃，1月至7月溫度在5.1～33℃之間，風向為春夏多東北風，秋冬多西北風，無霜期264.5天。另外，廣元地處龍門地震帶，受地震、洪澇、干旱、泥石流等地質災害威脅。目前，市檢修分公司運行維護有220 kV輸電線路23條，110 kV線路70條，35 kV線路7條，全長2 001.029 km，線路地形以山區(qū)、丘陵、大跨越為主，輸電線路眾多，給日常運行維護提出了挑戰(zhàn)。

近年來廣元電網污閃、雷擊時有發(fā)生，針對輸電線路的防雷技術，國際上一般采取兩種方式：提高線路耐雷水平；按照西方和日本的方式，增加絕緣子保護間隙，承載一定的雷擊率[1]。對于廣元電網的諸多資料和生產一線輸電線運行實際情況，針對廣元四縣三區(qū)不同的污穢等級和山區(qū)地形，提出差異化防雷策略。

1 廣元電網雷擊故障統(tǒng)計數據分析

為準確撐握廣元地區(qū)輸電線路雷擊故障分布規(guī)律，本文對廣元供電公司管理范圍內的23條220 kV輸電線路和70條110 kV線路從2009年—2015年所有的雷擊故障進行了分析統(tǒng)計。廣元供電公司轄區(qū)內220 kV線路發(fā)生雷擊跳閘故障18次，110條線路共計發(fā)生40次雷擊跳閘故障，且58次雷擊事故中有53次繞擊，其他原因5次，繞擊占94.8%，220 kV線路防雷措施良好。而110 kV雷擊事故2012年—2015年有逐漸增多的趨勢，且40次雷擊中，有36次重合閘成功，重合閘成功率為90.0%；4次重合閘不成功的雷擊故障中，4次重合閘不成功全為繞擊。

綜上分析，110 kV輸電線路不如220 kV線路更受重視，但是110 kV線路眾多，如果全部采取220 kV線路的防雷水平，勢必會增加經濟成本，故針對廣元地區(qū)的110 kV輸電線路提出差異化防雷策略。

2 差異化防雷的提出

以歷年雷擊數據為基礎，綜合考慮雷電活動情況、線路結構情況等特征、地形地貌情況等諸多因素，對桿塔雷擊閃絡風險進行一次全面綜合地評估，評價線路的整體防雷水平[2]。下面以廣元電網110 kV三沐北線為例分析。

a)110 kV三沐北線基本信息。

三沐北線地處青川山區(qū)，屬自然災害頻發(fā)區(qū)，山勢陡峭。有桿塔74基，其中耐張塔33基，擋距800m有1基、擋距700 m有9基、擋距600 m有4基，接地電阻不合格有14基，線路全長33.626 km。具體情況如表1所示。

表1 110 kV三沐北線基本信息統(tǒng)計

b)110 kV三沐北線雷擊密度統(tǒng)計。

本文采用“線路走廊網格法”將線路走廊進行劃分[3]，110 kV三沐北線的雷擊桿塔與大擋距、不合格地阻、重要耐張桿塔吻合。2009年38號C相、57號A、C遭繞擊，2010年32號A、B相遭繞擊，2011年27號遭繞擊，2012年37號A相遭繞擊，2013年67號C相遭繞擊，2014年63號遭繞擊，2015年39號遭繞擊。繞擊已成為輸電線路雷擊的主要原因。

8月28日06時03分，110 kV三沐北線跳閘。通過繞擊分析計算，110 kV三沐北線67號塔附近落雷幅值在6.811～40.56 kA范圍內都可能引起繞擊，發(fā)生的概率很大，而且67號—68號擋距較大，并跨越93 m河流。67號塔位于山頂上，當地閃絡密度變大時，擋距中間導線被繞擊的概率大大增加。

3 差異化防雷技術評估方法

針對每條線路自身特點，定制差異化防雷策略，對每基桿可能存在的雷擊閃絡風險進行評估，確定桿塔風險等級。重點對歷史數據分析雷擊跳閘率、大擋距、耐張塔、地阻不合格、污穢密集區(qū)、線路運行年等因素進行綜合評估[4]。具體流程見圖1。

圖1 輸電線路差異化防雷技術流程圖

4 差異化防雷技術的治理策略

線路特征參數即線路基本信息、桿塔結構及絕緣、走廊地形地貌等參數，這些參數是進行線路雷擊閃絡風險評估[5]，實現差異化防雷技術的重要基礎。

線路走廊地形地貌通過三維GIS系統(tǒng)全信息掃描獲取[4]。在地形上，平原占 7%，山區(qū)占93%；在地貌上，沿坡占88.6%，沿山頂占7.6%，沿山谷占3.8%。桿塔結構特征和絕緣配置通過線路原始設計資料獲取。在桿塔類型上，轉角塔占30.4%；接地電阻分布上，該線路的接地電阻設計值要求為0～15 Ω；在擋距分布上，大檔距桿塔共有10基（檔距＞700 m）。具體如表1所示。

4.1 防雷措施

4.1.1 接地電阻復核及改造

通過此次對110 kV三沐北線輸電走廊地形、地貌的現場勘察調研，輸電走廊幾乎全部處于丘陵、大山之中，較多桿塔處于陡峭的山坡及山頂上，不利于桿塔地網的鋪建，鋪建桿塔地網的難度較大，而目前已有的接地電阻數據中，絕大部分桿塔的接地電阻合格，14基桿塔接地電阻大于15 Ω以上，占桿塔總數的18.91%。另外，36號、37號、38號、44號、47號、52號、63號共7基桿塔A、B、C、D四角測得的接地電阻不一致，有的角接地電阻為無窮大，暴露出桿塔接地電阻存在一定程度的問題，因而根據目前公司提供的桿塔接地電阻計算出的反擊耐雷水平不能反映三沐北線的真實反擊耐雷水平。因此，應對110 kV三沐北線接地電阻進行抽復檢，測試前，應確保桿塔的接地網和要求鋪設的地網已經被有效地斷開。

考慮110 kV三沐北線線路走廊大幅值雷電流時有出現，這給防反擊工作帶了相當大的難度。因此，首先要做好線路接地電阻的改造工作，保證其具有較高的反擊耐雷水平。

對反擊發(fā)生一次以上的桿塔可以考慮采用安裝線路避雷器。通過計算表明，連續(xù)安裝3組線路避雷器能將線路的耐雷水平提高到300 kA以上，能有效地防反擊，但保護范圍小，多基安裝所需費用高；也可在土壤電阻率高，接地電阻難降低的桿塔，考慮采用線路避雷器；若是繞擊跳閘安裝線路避雷器，僅需在遠山側安裝。

4.1.2 三沐北線以防繞擊為主

對于三沐北線，側重以防繞擊為主。三沐北線的32號、37號、38號、42號、63號、67號塔均處于陡峭的山坡、山頂上，都面臨較高的繞擊風險。因此可以考慮采取必要的防繞擊措施，其中檔距大于800 m的有48號，塔大號側擋距843 m，檔距大于700 m的有4號、7號、15號、17號、43號、54號、57號、59號、71號。其中37號、38號、39號、59號、63號、67號、68號，以上7基桿塔2009年—2015年平均落雷密度6.07次/km2；以67號塔為例，其所在山坡坡度50°，引起繞擊雷電流出現的概率高達60.89%。以上7基桿塔附近落雷頻繁，桿塔所在地形坡度較大，遭受雷電繞擊風險較高，因此考慮裝設線路側向避雷針，以提高線路防雷水平。而目前提供的桿塔接地電阻值普遍偏小，不能反映三沐北線的真實反擊耐雷水平，因此需結合復測后的桿塔接地電阻值，確定以上7基桿塔的真實反擊耐雷水平，根據反擊耐雷水平，再對以上7基桿塔的防雷整治措施做適當的調整。

綜上所述，以上7基桿塔附近落雷較為頻繁，且桿塔檔距較大，裝設線路側向避雷針并不能有效地提高線路的防雷水平，因此37號、38號、39號、57號、63號、67號、68號，7基桿塔的A、C相需裝設線路避雷器，以此提高線路的防雷水平。

4.2 改造方案

結合上述改造原則及線路的風險評估結果，執(zhí)行方案見表2。

表2 線路改造方案

4.3 給合評價

其中：改造所需避雷器數目，7×2=14支；替換玻璃絕緣子數目，4×8×3=96；耦合地線，900 m；接地電阻復合與改造14基。其中36號、37號、38號根據綜合防雷方案以改造接地電阻為主，68號改玻璃絕緣子，對全線風險等級進行、預評估，可以得出1年中每100 km線路：改造后預期繞擊跳閘率降到0.020次；預期反擊跳閘降到0.390次。根據后續(xù)跳閘率繼續(xù)評價，擴大分析數據，不斷完善方案。

5 結論

本文首先統(tǒng)計分析了廣元地區(qū)110 kV、220 kV輸電線路雷擊故障分布規(guī)律，然后針對雷擊閃絡風險最高的110 kV三沐北線，采用輸電線路差異化防雷技術，進行全線雷擊閃絡風險評估。根據評估結果，結合三沐北線歷史雷擊故障數據，制定了三沐北線差異化防雷改造方案，在實踐中進行檢驗與完善，從而形成差異化防雷治理技術的動態(tài)閉環(huán)調節(jié)機制[6]。通過本文的研究得到了以下結論。

a)近年來，廣元地區(qū)110 kV線路雷擊故障頻繁發(fā)生在轉角塔、大檔距桿塔、瀕臨水系和山頂處的桿塔；特別是繞擊故障中，有近80%的故障塔同時滿足轉角塔、大檔距和瀕臨水系中至少2個特殊條件。

b)綜合考慮雷電活動、地形地貌、線路結構和絕緣、已采取的防雷措施等因素的影響，針對典型110 kV線路三沐北線開展逐基桿塔雷擊閃絡風險評估，確定需改造的桿塔號；并結合運行經驗，明確三沐北線的雷害風險來源主要為繞擊閃絡風險。

c)三沐北線防雷改造選用安裝線路避雷器作為主要改造措施。采用本文提出的方案改造后，將在現有措施基礎上進一步降低三沐北線的繞擊閃絡風險，同時進一步降低反擊閃絡風險。

[1]趙遠強，吳慧芳.輸電線路“差異化”防雷治理的技術措施綜述 [J].山西電力，2015（1）：41-45.

[2]張祎果.35 kV線路差異化防雷技術研究 [J].電氣應用，2013（增刊）：76-79.

[3]阮羚，谷山強.鄂西三峽地區(qū)220 kV線路差異化防雷技術與策略 [J].高電壓技術，2012，38（1）：157-160.

[4]鄭晧元.220 kV商瞬商岙線差異化防雷措施研究 [D].重慶大學碩士論文，2013.

[5]胡毅，劉凱.輸電線路運行安全影響因素分析及防治措施[J].高電壓技術，2014，40（11）：3491-3495.

[6]趙世展.110 kV輸電線路狀態(tài)檢修 [D].東南大學碩士論文，2006.

Research on Differentiation Technology of Lightning Protection Based on Historical Data

WEI Hao,MA Jin
（State Grid Guangyuan Power Supply Company of Sichuan Electric Power Corporation, Guangyuan,Sichuan 628000,China）

Differentiated lightning protection system provides a theory for Guangyuan grid to construct its individual lightning protection system.In view of each transmission line,lightning protection measures were proposed from different voltage levels,different operation environment,different transmission line corridors and different equipment conditions.Consequently,it would reduce production cost and improve lightning protection level so as to reduce lightning trip and guarantee reliable power supply.In this paper,Guangyuan transmission line was taken as an example,and the operation situations of Guangyuan transmission line from the year 2009 to 2015 were analyzed based on the data of lightning location system of Sichuan province.Then,110 kV Sanmu north line was taken as a typical case, and a scheme for lightningprotection was summed up for Guangyuan transmission lines.The lightningprotection performance ofeach tower was assessed.Mainly against shielding failure,schemes with different characteristics for lightning protection were set up and technical assessment were carried out from the aspects of economy efficiency and reliability.According to the reformation target and management requirement,the optimal reformation scheme was identified,and the correctness and feasibilityofthe scheme has been verified.

Gangyuan power grid;transmission line;large data;differentiation lightningprotection;Sanmu north line

TM863

B

1671-0320（2017）02-0023-04

2016-12-28，

2017-03-01

魏 浩（1986），男，湖北孝感人，2014年畢業(yè)于南昌大學電力電子傳動專業(yè)，碩士，助理工程師，從事輸電線路運行維護工作；

馬 進（1986），男，四川簡陽人，2015年畢業(yè)于四川大學電氣工程專業(yè)，碩士，中級工程師，從事輸電線路運行維護工作。