四川±500kV德寶線雷擊高風(fēng)險桿塔防雷改造設(shè)計

彭錦超,何俊豪,陳 坤

(1.四川安恒電力設(shè)計咨詢有限公司，四川 成都 610002；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074)

四川±500kV德寶線雷擊高風(fēng)險桿塔防雷改造設(shè)計

彭錦超1,何俊豪1,陳 坤2

(1.四川安恒電力設(shè)計咨詢有限公司，四川 成都 610002；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074)

隨著直流輸電線路的大規(guī)模建設(shè)，輸電距離和輸送容量已有相當(dāng)規(guī)模，雷害防治是直流輸電線路運(yùn)維管理面臨問題中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。四川±500kV德寶直流輸電線路沿線地形復(fù)雜，雷擊閃絡(luò)尤為明顯。對四川±500kV德寶線運(yùn)行至今雷擊跳閘數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結(jié)合線路走廊地閃密度，采用輸電線路差異化防雷評估技術(shù)，篩選出20基雷擊高風(fēng)險桿塔，并提出防雷改造方案，為運(yùn)維部門后期開展防雷工作提供一定的參考和依據(jù)。

±500kV；直流輸電線路；雷擊閃絡(luò)；雷害防治

0 引 言

目前，中國已經(jīng)建成并投運(yùn)了共計14條直流輸電線路，其中±500kV直流輸電線路8條。依據(jù)多年對雷電活動的觀測和國家電網(wǎng)公司運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，雷擊閃絡(luò)是直流輸電線路運(yùn)行跳閘的主要原因?！?00kV直流輸電線路雷擊閃絡(luò)次數(shù)占總跳閘次數(shù)的31.64%[1]。據(jù)2006年至2012 年四川電網(wǎng)雷擊跳閘情況統(tǒng)計顯示，500kV線路中繞擊跳閘占雷擊跳閘總數(shù)的 94.6%，因此防治線路繞擊跳閘對于線路雷害治理具有重要意義[2-4]。

±500kV德寶直流輸電線路，起于±500kV寶雞換流站直流進(jìn)線構(gòu)架，止于±500kV德陽換流站直流進(jìn)線構(gòu)架。四川境內(nèi)線路全長240.03 km(含涪江大跨越2.748 km)，共使用鐵塔498基，其中直線塔399基、懸垂轉(zhuǎn)角塔5基、耐張轉(zhuǎn)角塔94基；途中跨越鐵路4次、高速公路(隧道)3次、高等級公路12次、一般公路72次，涪江、嘉陵江各1次，通航河流2次，220kV電力線路5次，110kV電力線路4次，35kV電力線路16次。全線山區(qū)多，地下水豐富，森林分布廣，其中沿線經(jīng)過高大山嶺82.76 km，占34.48%；山地104.97 km，占43.73%；丘陵29.09 km，占12.12%；平地20.78 km，占8.66%；河網(wǎng)2.42 km，占1.01%。

德寶直流四川段自投運(yùn)以來共發(fā)生4次雷擊閃絡(luò)故障，雷擊閃絡(luò)率為1.67次/百公里·年，其中2011年7月21日發(fā)生的1次故障重啟未成功。從閃絡(luò)形式上看，4次故障初步分析均為繞擊故障；從塔型上看，4次故障中3次發(fā)生在JTA1型轉(zhuǎn)角塔，另有1次發(fā)生在GA30直線塔；從檔距上看，4次故障中3次發(fā)生在700 m以上的大檔距，另有1次發(fā)生在500 m左右的檔距；從地形上看，4次故障中3次發(fā)生在山坡，另有1次發(fā)生在丘陵；從極性上看，4次故障中2次發(fā)生在負(fù)極性的極II，2次發(fā)生在極I。

綜合±500kV德寶線現(xiàn)有的防雷治理措施和歷年跳閘記錄，將采用輸電線路差異化防雷評估技術(shù)，篩選出跳閘率最高的20基桿塔，提出防雷改造方案。

1 雷電特征參數(shù)統(tǒng)計研究

采用“線路走廊網(wǎng)格法”來獲取德寶直流輸電線路走廊雷電活動分布特征分析和典型雷電參數(shù)，以四川省的雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計法提取出沿線地閃次數(shù)、地閃密度等雷電基礎(chǔ)參數(shù)。

1.1 德寶線線路走廊地閃密度統(tǒng)計結(jié)果

通過“線路走廊網(wǎng)格法”，對4條線路走廊2005—2014年的雷電分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計，德寶線走廊地閃密度分布和線路走廊雷電流幅值概率累積曲線結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

1.2 線路雷區(qū)等級劃分

根據(jù)德寶直流四川段2010—2015年平均年地閃密度分布進(jìn)行雷區(qū)劃分，結(jié)果如表1所示。

圖1 德寶線走廊地閃密度分布

表1 四川±500kV德寶線雷區(qū)等級劃分

地閃密度(次/km2·a)[0，0．78)[0．78，2)[2，2．78)[2．78，∞)桿塔區(qū)段420號～427號428號～437號438號～452號453號～467468號～485號485號～498號16號～29號 30號～44號45號～58號 59號～70號71號～82號 352號～362號363號～373號 374號～386號386號～397號 398號～410號411號～419號 420號～427號428號～437號 438號～452號1號～15號 16號～29號 30號～44號 45號～58號 59號～70號 71號～82號 83號～95號 96號～109號 10號～121號 122號～133號 134號～147號 148號～160號 161號～172號 173號～187號 188號～201號 201號～213號 214號～224號 225號～234號 235號～248號 249號～261號 262號～274號 275號～287號 288號～302號 303號～315號 316號～327號 328號～341號 342號～351號區(qū)段數(shù)量061427

表2 ±500kV德寶線雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估等級劃分指標(biāo)

表3 各雷擊閃絡(luò)風(fēng)險等級桿塔數(shù)量

圖2 線路走廊雷電流幅值概率累積曲線

1.3 線路特征參數(shù)分析

經(jīng)過計算，保護(hù)角較大的均為耐張塔的懸垂串，其中最大的塔型為JTC26，保護(hù)角分別為23.38°和21.60°，共計4基鐵塔。直路塔的保護(hù)角為8°～12°，其中最大的塔型為GC16、GC26，保護(hù)角為11.43°，共計34基。

2 仿真計算

2.1 雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)

目前，直流輸電線路相應(yīng)的規(guī)范仍處于探討期，因此此次風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)仍以《110 (66)kV～500kV架空輸電線路管理規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)為依據(jù)，參考線路的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素來確定。參照規(guī)范中繞擊跳閘率、反擊跳閘率的計算方式，結(jié)合德寶線走廊地閃密度平均值為2.95次/(km2·a)，對線路的雷擊跳閘率指標(biāo)值進(jìn)行換算，結(jié)果為0.15次/百公里·年，其雷擊閃絡(luò)風(fēng)險等級劃分指標(biāo)見表2。

2.2 雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估結(jié)果

按照2.1節(jié)確定的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合德寶線防雷計算分析結(jié)果，采用輸電線路差異化評估方法[4-6]對四川±500kV直流輸電線路沿線桿塔進(jìn)行了雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估，各雷擊閃絡(luò)風(fēng)險等級所占桿塔比例如表3所示。

從表3可以看到，在綜合考慮線路結(jié)構(gòu)特征、地形地貌特征、桿塔絕緣配置、線路走廊雷電活動特征等因素的條件下，確定線路整體雷擊風(fēng)險處于A、B、C、D等級的桿塔數(shù)量分別為239、138、88、32基，所占百分比為48.09%、27.77%、17.71%、6.44%，如圖3和圖4所示。因此，線路整體防雷效果較好的桿塔占總數(shù)的75.86%，相對防雷性能偏低的桿塔共計有120基，占到總數(shù)的24.14%。

圖3 四川±500kV德寶線不同雷擊風(fēng)險等級的桿塔數(shù)量分布

圖4 四川±500kV德寶線各基桿塔雷擊閃絡(luò)風(fēng)險分布

3 雷擊高風(fēng)險桿塔防雷方案制定

德寶直流自投運(yùn)以來，共發(fā)生過雷擊跳閘事故4次，分析結(jié)果表明，雷擊故障均為繞擊雷造成，因此，防雷改造治理方案主要以繞擊雷防護(hù)為主。

3.1 防雷措施的選擇

表4 高風(fēng)險雷擊桿塔防雷改造方案

根據(jù)直流線路歷年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、線路結(jié)構(gòu)特征以及各種防雷措施的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，在線路進(jìn)行防雷改造時，建議主要采用可控放電避雷針和直流線路氧化鋅避雷器及接地降阻裝置3種措施進(jìn)行防雷改造。

1)可控放電避雷針

可控放電避雷針作為一種防繞擊雷的措施之一，已經(jīng)在全國各大電網(wǎng)得到了長時間投運(yùn)。結(jié)果表明在接地電阻有保障的情況下，其防繞擊效果比較客觀，其經(jīng)濟(jì)造價較低，安裝方便且不需要停電，但可控針的保護(hù)范圍有限，因此比較適合于小檔距、低電阻的桿塔。

2)±500kV直流線路避雷器

統(tǒng)計現(xiàn)有防雷措施運(yùn)行情況，裝設(shè)避雷器是最有效的防雷手段?！?00kV直流線路避雷器在全國部分地區(qū)已經(jīng)得到了應(yīng)用[6-10]，防雷效果比較顯著。對于雷擊跳閘率較高的桿塔，在對其進(jìn)行防雷改造時，氧化鋅避雷器應(yīng)該作為主要的防護(hù)措施之一。

3)降阻接地裝置

根據(jù)實(shí)際測量各線路桿塔的接地電阻值，有部分桿塔的接地電阻比較大。對于安裝可控針的桿塔，建議相關(guān)部門對其接地電阻進(jìn)行核實(shí)，對阻值沒達(dá)到要求的桿塔應(yīng)及時采用適當(dāng)?shù)慕底璐胧?/p>

3.2 防雷改造桿塔范圍和次序

綜合線路歷年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)雷擊桿塔的特點(diǎn)、線路已有防雷措施及線路總體的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估結(jié)果共篩選出高風(fēng)險雷擊閃絡(luò)桿塔20基，改造措施和改造順序見表4所示。

4 結(jié) 論

1)四川±500kV德寶直流輸電線路桿塔處于地閃密度高于2.78次/(km2·a)的區(qū)段占總線路的87%。線路整體雷擊風(fēng)險處于A、B、C、D等級的桿塔數(shù)量分別為239、138、88、32基，所占百分比為48.09%、27.77%、17.71%、6.44%，防雷性能偏低的桿塔共計有120基，占到總數(shù)的24.14%。

2)綜合線路歷年運(yùn)行雷擊桿塔的特點(diǎn)、線路已安裝防需措施及線路總體的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估結(jié)果，四川±500kV德寶直流輸電線路主要以防雷電繞擊為主。

3)四川±500kV德寶直流輸電線路篩選出高風(fēng)險雷擊閃絡(luò)桿塔20基，主要采用直流線路避雷器、可控放電避雷針和降阻裝置3種改造措施。

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With the large-scale construction of HVDC transmission lines, the transmission distance and transmission capacity has a considerable size, and the lightning damage prevention is an important and difficult point facing by the operation and maintenance management of DC transmission lines. ± 500kV Sichuan Debao DC transmission line is along the terrain, so the lightning flashover is particularly evident. The data statistics of lightning trip-out in ±500kV Sichuan Debao DC transmission line is carried out from it being put into operation till now. Based on the lightning density of line corridor, 20 towers and poles with high risk of lightning stroke are screened based on differential protection evaluation technique against lightning for transmission line, and the improvement for protection scheme against lightning is put forward, which can provide a reference for developing the lightning protection by the operation and maintenance departments.

±500kV; DC transmission line; lightning flashover; lightning damage prevention

TM726

A

1003-6954(2016)06-0084-04

2016-11-07)

彭錦超 (1983),工程師，研究方向?yàn)殡娏こ淘O(shè)計。