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1、2011年度输电线路运行分析暨运维新技术培训会议文件（交流材料）输电线路差异化防雷技术培训（2011年4月15日）国网电力科学研究院国网电力科学研究院坚持面向建设以超、特高压为电网核心的坚强智能电网的重大技术需求，瞄准雷电监测与防护前沿基础理论研究、电网雷电灾害风险评估及防护策略制定、雷电监测与防护重大关键技术的开发和应用，针对雷电监测与防护领域中的基础问题、关键问题、前沿问题和实际问题在雷电监测与防护的基础理论、分析方法、仿真计算、标准制订、工程应用、装备研发与推广等方面开展系列研究，并取得了一系列的创新性成果。国网电力科学研究院始终以保障我国坚强智能电网安全稳定运行为使命，针对目前依然严峻
2、的防雷形势，持续开展防雷综合研究工作，为运行单位量身打造全方位的输电线路防雷管理、运行和改造的技术与策略，以期解决电网雷击跳闸和故障的普遍难题。一、引言近年来，随着电网的快速发展和强对流天气的增多，雷害故障呈现出一些新的特点，雷击造成的线路两相闪络、同塔双回线路同时闪络、同一输电通道多回线路相继跳闸等严重故障明显增加，高电压、长距离、大容量输电线路防雷工作面临新的课题。为此，需要根据输电线路在电网中的重要程度、线路走廊雷电活动强度、地形地貌及线路结构等差异，有针对性的开展架空输电线路防雷设计、建设、运行、改造工作。为规范架空输电线路差异化防雷工作，进一步提高输电线路防雷技术及管理水平，国网公司
3、生技部于2011年初下发了架空输电线路差异化防雷工作指导意见（简称指导意见）。指导意见中明确提出输电线路防雷工作总体思路为：坚持预防为主、综合治理的原则，全面开展架空输电线路差异化防雷工作，实现不同区域、不同电压等级、不同重要性线路耐雷水平和防雷措施的差异化配置，提高核心骨干网架、战略性输电通道、重要负荷供电线路的防雷水平，减少雷害造成的电网和设备故障，保障大电网安全可靠运行。为切实贯彻本指导意见，各单位应开展的重点工作包括：1）加强雷电监测及雷害统计分析，开展雷区分布图绘制工作；2）开展输电线路雷害风险评估；3）积极推进新建线路差异化防雷设计；4）加强在运线路差异化防雷治理改造。针对指导意见
4、中提出的重点工作，特进行本次输电线路差异化防雷技术培训，以便各单位更好的理解“差异化防雷”思想，加快推进差异化防雷技术实施。二、地闪密度分布图绘制（一）技术背景雷电监测系统从上世纪八十年代发展至今，已经建立了覆盖主体电网的雷电监测网，积累了大量雷电监测数据，成为我国不可多得的表征雷电分布规律的珍贵基础数据，为实现输电线路防雷差异化设计提供了必不可少的依据。为规范雷区等级划分和雷区分布图绘制方法，及时掌握各地区雷电活动水平和分布特征，指导输电线路雷电防护设计、运行及改造，推行架空输电线路的差异化防雷治理策略，进一步提升国家电网公司的防雷技术水平和效果，公司计划编制了雷区分级标准与雷区分布图绘制规
5、则企业标准。其中，雷区分布图包括地闪密度分布图和电网雷害图两类。地闪密度分布图指依据雷电定位系统多年监测数据，经过数据分析处理后，对自然区域内的雷电进行统计，并按照一定的分级原则绘制的落雷密度分布图，表征地面各区域的地闪密度大小。（二）主要内容1. 地闪密度等级划分原则基于地闪密度（Ng）值，将雷电活动频度从弱到强分为4个等级，7个层级：地闪密度等级地闪密度层级Ng范围(次/(km2a)对应雷区等级对应雷电日Td范围（天）A级A级Ng 1.0少雷区Td 15B级B1级1.0Ng 2.0中雷区15Td 40B2级2.0Ng 3.0C级C1级3.0Ng 5.0多雷区40Td 90C2级5.0Ng
6、8.0D级D1级8.0Ng 11.0强雷区Td 90D2级Ng 11.02. 地闪密度分布图绘制一般要求a）地闪密度分布图以各省电力公司为基本单位绘制，各区域电网公司的地闪密度分布图应在各省地闪密度分布图的基础上综合获得；各行政市的地闪密度分布图在各省公司已绘制的地闪密度分布图的基础上分割获得。b）地闪密度分布图技术以各地雷电监测系统至少35年监测数据为基础。c）地闪密度分布图以当地年平均地闪密度分布为基础进行绘制。e）地闪密度分布图应每年进行一次更新。f）地闪密度分布图的绘制采用网格法，网格分辨率根据统计对象大小和实际需求适当选择；以省域为对象时，网格分辨率在0.010.010.050.05
7、范围内选择。g）在各地地闪密度分布图绘制过程中，应注意四周的雷电探测效率问题，在有条件的地区尽量使用联网数据绘制以保障当地边界地区的探测效率。（三）应用情况在我国，国网电力科学研究院从2004年底开始系统进行基于自动雷电监测数据进行雷电参数和雷电活动分布规律的研究，开发了雷电数据专家分析系统，可基于海量雷电数据自动统计各种典型雷电参数的时间、空间分布；并先后与福建、陕西、浙江、华北、江苏、湖北等网省公司合作，统计分析了当地历年雷电分布特征，绘制了各地高分辨率地闪密度分布图，为指导当地防雷设计和改造、新建输变电设备选址发挥了重要作用。图1 浙江20052009年地闪密度分布图图2 京津唐地区20
8、052008年地闪密度分布图三、电网雷害图技术电网雷害图技术是利用电网雷害图指导电网防雷设计和改造的一种技术。电网雷害图，是指将危害电网的雷电按照其危害程度进行划分得出的分布图，该分布不同于用雷电日划分的雷区分布或用地闪密度表示的雷电分布，而是按电网雷击闪络类型给出的电网绕击或反击雷害的分级与分布。电网雷害图按雷害性质可分为：电网绕击雷害图和电网反击雷害图；按电压等级可分为：220kV电网雷害图、500kV电网雷害图等。（一）技术原理电网雷害的发生与雷电活动的频繁程度、雷电属性（雷电流幅值、回击、极性等）、地质地形地貌特征、系统运行状态及防雷措施等因素有关。电网雷害图是以雷电定位系统长期自动监
9、测数据为基础，依据电网绝缘水平，确定电网雷击闪络危险电流范围，采用网格法统计得到在危险电流范围内的地闪密度分布，即电网雷害分布；再利用数据分类方法，并结合雷击事故记录、地质地形地貌特征等因素，对电网雷害分布进行分级，以地理图的形式表征该电网雷害分级与分布特征，从而得到电网雷害图，绘制基本思路如图3所示。电网雷害图技术即以电网雷害图所表征出的不同区域电网雷害的分布和分级特征，指导电网进行针对性的防雷配置。图3 电网雷害图绘制基本思路（二）雷害风险等级划分雷害风险等级划分根据危险雷电密度分布、运行经验、地形地质地貌概况三大因素综合考虑，三者置信度依次降低。1. 分级原则1）危险雷电分布在地闪密度分
10、布和雷电流幅值分布基础上绘制，针对引起线路跳闸的绕击电流段和反击电流段分别进行计算统计分析。定义危险电流密度为Ngc，反击危险电流密度为Ngc1，绕击危险电流密度为Ngc2，则：，其中：Ng地闪密度；P1超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；P2绕击危险电流出现的概率。可见危险电流密度分布综合了地闪密度分布和危险电流发生概率两个因素的影响。2）运行经验运行经验主要依据已有运行输电线路的雷击跳闸率和雷击事故记录、采用的防雷措施等情况而定。依据运行经验，对由危险雷电分布确定的等级进行调整，将出现雷击故障的附近区域电网雷害风险提升一级。3）环境特征同一电压等级线路，还需要考虑线路具体走向、地形地质
11、地貌、接地电阻、绝缘子数量等因素的影响，并据此对前面确定的等级进行局部适度调整。2. 分级标准电网雷害风险分级标准如表1所示。表1 电网雷害风险分级标准级危险雷电密度小（对应地闪密度A级），线路雷击跳闸概率低；级危险雷电密度较小（对应地闪密度B1、B2级），线路雷击跳闸概率较低；级危险雷电密度较大（对应地闪密度C1、C2级），线路雷击跳闸概率较高；级危险雷电密度大（对应地闪密度D1、D2级），线路雷击跳闸概率高。（三）应用情况在我国，2006年由华北电网有限公司立项，国网武汉高压研究院和华北电力科学研究院共同合作，率先开展针对华北地区的电网雷害图技术的研究，于2007年在国内外首次提出电网雷害
12、图技术，绘制出华北电网雷害图，并依据雷害图编制了华北地区雷区分级标准与高压架空线路防雷配置原则，应用于所辖输电线路防雷配置设计与改造。华北地区2003年2006年500kV电网雷害图如图4所示。图4 华北地区2003年2006年500kV电网雷害图（四）技术前景科学的电网雷害图技术是提高当前雷电防护措施针对性，实现电网“差异化防雷”，提高防雷技术经济性和有效性的重要手段，也是当前雷电防护工程领域一直迫切渴望得到的一项技术。电网雷害图技术应广泛推广应用。在雷电数据长期积累的情况下，各地区应着手绘制电网雷害图，同时在此基础上进一步制定相应的防雷配置原则，为防雷设计、运行和改造提供参考和依据，改善目
13、前防雷措施简单、粗放的现状。四、差异化防雷设计（一）应用背景早期输电线路防雷设计中，主要以典型杆塔在典型地形地貌和传统雷电参数下计算得到的耐雷水平和雷击跳闸率作为防雷性能评价指标。但这样的计算结果无法反映线路走廊沿线各个区域的雷电活动特征、地形地貌特征、杆塔结构特征和绝缘配置的差异性，据此做出的防雷设计方案往往无法达到预期效果，实际运行中易成为雷害高发线路。由于电网雷电监测系统长期积累的海量雷电监测数据已成为雷电参数统计的基础资料，国网电力科学研究院从2004年底开始系统开展基于海量自动监测数据的雷电基础参数研究，相继分析过福建、陕西、京津唐、海南、浙江、江苏、云南等电网，并取得了良好的效果。
14、因此，新建线路防雷设计应采用基于雷电监测数据绘制的雷区分布图作为雷电参数设计依据，同时以全线逐基杆塔雷害风险评估取代典型杆塔防雷性能计算。（二）主要内容新建输电线路应采用雷区分布图和雷害评估技术取代传统雷电日和雷击跳闸率经验计算公式，并按照线路在电网中的位置、作用和沿线雷区分布，区别重要线路和一般线路进行差异化防雷设计。线路防雷设计应按照沿线雷区分布，合理确定线路绝缘水平、地线保护角、杆塔接地电阻。重要线路还应利用数字仿真手段进行线路、杆塔的反击、绕击跳闸率校核，优化设计方案，对于不满足运行要求的区段或杆塔应适当提高耐雷水平或增加防雷措施。（三）防雷措施配置原则1. 重要线路1）地线保护角重要
15、线路应沿全线架设双地线，地线保护角一般按表2选取。表2 重要线路地线保护角选取雷区分布电压等级杆塔型式地线保护角AB2110kV单回路铁塔10同塔双（多）回铁塔0钢管杆20220kV330kV单回路铁塔10同塔双（多）回铁塔0钢管杆15500kV750kV单回路5同塔双（多）回0C1D2对应电压等级和杆塔型式可在上述基础上，进一步减小地线保护角。对于绕击雷害风险处于级区域的线路，地线保护角可进一步减小。两地线间距不应超过导地线间垂直距离的5倍，如超过5倍，经论证可在两地线间架设第3根地线。2）绝缘配置新建线路应在满足交叉跨越距离及塔头空气间隙的条件下适当增加绝缘子片数或复合绝缘子干弧长度。多雷区（C1-C2区域）线路使用复合绝缘子时，干弧距离应加长10%15%，或综合考虑在导线侧加装12片悬式绝缘子。500kV复合绝缘子的干弧距离不宜小于4340mm（相当于28片结构高度为155mm的悬式瓷或玻璃绝缘子的串长）；220kV复合绝缘子的电
