湖北电网架空输电线路防雷1 湖北电网雷害情况输电线路地处旷野,纵横交错,绵延数千里,很容易遭受雷击雷击是造成线路跳闸停电事故的主要原因,同时雷击线路形成的雷电过电压波,沿线路传播侵入变电站,也是危害变电站设备安全运行的重要因素电网中的事故以输电线路的故障占大部分,而架空输电线路的供电故障一半是雷电引起的我国线路运行的大量统计数据表明,无论是高压或超高压的输电线路,雷害故障占线路故障的40%~70%,因此必须十分重视输电线路的雷电过电压及其保护问题1.1湖北输电线路雷害特征1.1.1 雷电活动的季节特征湖北的雷雨最早从每年的1月开始,最迟到12月结束,且7、8月达到高峰(见图1)其中春季和夏季雷雨天气较多,此时不仅落雷密度大,而且雷电流幅值高,线路遭受雷击跳闸集中发生在每年的4月--8月1.1.2 湖北地区雷击多发区的划分湖北地区向东方向和中部江汉平原地势平坦,雷害活动较少,北部、西部和南部山区、丘陵地带是雷害活动频发区域,这主要包括宜昌、襄樊、十堰、随州、咸宁、黄石黄石地区由于地下金属矿产丰富,引雷作用较为明显各地区根据多年来线路雷击跳闸情况结合雷电定位系统划分雷击多发区,湖北输电线路90%的雷害均发生在各自的雷击多发区。
荆州由于地处江汉平原,雷害较少,雷击点分散,雷击多发区特征不明显下图为湖北省各地区落雷密度图 宜昌 鄂州 黄冈 黄石 荆州 十堰 咸宁 襄樊 孝感 荆门 武汉 随州图2 湖北各地区1998年-2007年年平均落雷密度分布图根据各地区落雷密度统计并结合运行经验,划分的雷击多发区,见表1表1 各单位划分的雷击多发区单位雷击多发时间雷击多发区地形地貌武汉3月~8月黄陂、武湖、花山、九峰、东西湖、郭徐岭河湖与湿地交汇宜昌6月~9月长阳、五峰、远安、三峡坝区、红花套山区荆州3月~9月雷击多发区不明显湖泊河网荆门6月~8月胡集镇(处于磷矿区)、麻城(处于膏矿区)、双河镇、张河镇、东宝山、永兴镇、沙洋烟沟镇、高阳矿区襄樊4月~9月枣阳、黑龙集、茨河、吴集、艾家沟山地、丘陵十堰7月~8月武当山、黄龙滩、郧西地区和丹江水库水库、山区随州5月~7月徐家河水库周边丘陵孝感5月~10月大悟山区(铜矿、磷矿)、应城(盐矿、膏矿)、安陆北部丘陵、孝感城区南部、云梦山区、矿区黄冈4月~8月天堂山区、塘峰至大埠一带、白莲河水库周边地区、蕲州至武穴、大吉至黄石一带、茅江至江岩丘陵、山区鄂州4月~8月鄂冈至郎家畈、汀周至碧石(铁矿)丘陵、矿区黄石7月~8月黄荆山脉、东方山、云山、天台山、紫金山、石家湾、俞家山山区咸宁6月~8月温泉潜山、汀泗桥鞍山段、汪庄余段、洪下段、琅桥山区输变电4月~9月大冶磁湖(矿区)、阳新龙岗(山区)、鄂州东沟镇、咸宁通山(山区)、大悟山区、黄石东方山、恩施矿区、山区超高压4月~9月山地、丘陵从调研的情况看,根据落雷密度与运行经验确定的雷击多发区基本一致。
宜昌、襄樊、十堰、随州、黄石、咸宁是防雷重点地区1.2湖北输电线路雷击跳闸总体情况从国网公司、华网公司、湖北电力公司近几年统计情况看,在输电线路跳闸总次数中,由雷击引起的线路跳闸占第一位表2 2005~2007年度220kV及以上输电线路跳闸统计单位时间雷击跳闸次数总跳闸次数雷击跳闸占总跳闸百分比(%)国网公司2005451125835.920065751338432007686148346.3华网公司200516139640.7200620140150.1200725748353.2湖北电网2005246636.42006305653.62007276144.3从表2可以看出雷击引起的线路跳闸占输电线路总跳闸次数的近一半,因此,要降低输电线路跳闸率,首先要降低线路雷击跳闸次数1.3 近几年国网、华网和湖北220kV~500kV输电线路雷击跳闸率指标对比图3 2005~2007年国网、华中、湖北500kV输电线路雷击跳闸率湖北500kV线路雷击跳闸率近三年呈波动现象但三年平均跳闸率为0.136次/100km.年,低于国网和华网公司平均水平,也低于运行规程0.14次/100km.年的要求。
图4 2005~2007国网、华网、湖北220kV输电线路雷击跳闸率图5 1999~2003年湖北220kV输电线路雷击跳闸率湖北220kV线路9年以来,年雷击跳闸率均小于规程规定的220kV线路0.315次/100km.年,并长期维持在0.22-0.26次/100km.年之间经过老旧线路改造和杆塔地网整治后,雷击跳闸率近三年呈下降趋势从图3、4、5可以看出湖北电网220kV~500kV输电线路雷击跳闸率近几年不仅低于规程要求,且与国网、华网相比,也处于较低的水平,其中2007年220kV、500kV线路雷击跳闸率均低于国网、华网平均水平说明湖北电网输电线路雷击跳闸情况总体来说不高1.4 2005-2007年湖北省各供电公司雷击跳闸率情况图6 2005~2007年湖北各单位500kV线路雷击跳闸率从统计结果看,湖北500kV线路雷害,在很大程度上,取决与雷电气候变化,年平均0.136次/百公里·年已接近0.14次/百公里·年规定值图7 2005~2007年湖北各单位220kV线路雷击跳闸率湖北220kV线路雷击跳闸率2005~2007年呈逐年下降趋势但宜昌、襄樊、十堰、黄冈、随州、黄石和咸宁在近三年内,线路跳闸率均有超过0.315次/百公里·年规程限值。
图8 1998年-2007年年平均落雷密度(个/km2年)从1998年-2007年年平均落雷密度分布图看,湖北宜昌、襄樊、十堰、随州、黄石、咸宁属于雷电活动多发区,与线路遭受雷击跳闸规律一致鄂州由于近年来加强杆塔地网整治和绝缘子检测及更换,耐雷水平提高,220kV线路已连续2001~2007年6年未发生跳闸黄冈不属于雷电活动多发区,但雷击跳闸率偏高,特别是天路线2007年发生3次雷击跳闸1.5湖北电网现有防雷技术管理选择评价1.5.1 防雷技术管理湖北省电力公司每年投入大量的费用,对线路地网和绝缘子进行改造和更换,特别是通过老旧线路的技改,普遍反映改造后的线路跳闸率降低,各供电公司对输电线路防雷工作较为重视1.5.2 绝缘子和地网湖北各线路维护单位,近年来加大了对绝缘子零值检测、更换和杆塔地网改造工作,目前全省220kV及以上线路绝缘子运行状态良好各供电公司近年来大量使用复合绝缘子(含雷击多发区线路),主要考虑降低线路维护工作量,但复合绝缘子耐雷水平比同等安装长度的瓷或玻璃绝缘子低,根据规程要求,在雷击多发区域,不宜使用复合绝缘子我省黄石、十堰的事例也早已验证1.5.3 雷电定位系统的应用我省雷电定位系统自1998年运行至今,已积累了可靠的基础数据,可以用于事故定量分析,使用雷电定位系统进行事故点查找,能节省大量人力,有助于分析事故原因,采取有效的防雷措施,降低雷害。
但部分单位在应用雷电定位系统技术水平有待进一步提高1.5.4 雷击形式的判断我省部分单位对线路雷击事故的分析不到位,主要是分不清楚雷击线路路径是绕击还是反击因此,提出的措施针对性不强,使采取的综合防雷措施一再增加,这也是投入加大但雷击跳闸率居高不下的主要原因之一今后各单位对雷害事故的分析,须明确雷击形式1.5.5 耦合地线 耦合地线对防绕击效果好,我省在咸宁等少数杆段使用耦合地线后,未再发生雷击事故1.5.6 可控避雷针的应用可控避雷针作为一种较为有效的防雷手段,基本要求是在雷击多发区的线路(段)上连续安装但现场普遍存在只对雷击过的杆塔进行分散安装,未能充分发挥可控避雷针的防雷效果2 输电线路雷击形式分类 由于输电线路所经地区的地形、地貌、雷电活动情况以及线路自身的防雷设计和绝缘水平不同,雷击引起的故障原因各不相同如果不能正确区分雷击形式没有针对特殊地段采取特殊的防雷措施,难以收到较好的防雷效果通过调研发现部分单位生产人员,尤其是基层工作人员对于雷击输电线路引起线路跳闸,雷击形式分析不明因此有必要对雷击输电线路的一些基本概念进行阐述正确区分雷击形式对于我们采取有效而准确的防雷措施有着重要的作用。
线路雷害事故的形成一般要经历如下阶段:在雷电过电压作用下,线路绝缘发生闪络,然后从冲击闪络转化为稳定的工频电弧,引起线路跳闸由大气中的雷云对架空输电线路放电引起的过电压称为雷电过电压,其持续时间大多在几十微秒输电线路上出现的雷电过电压主要有两种,即为感应雷过电压和直击雷过电压2.1感应雷过电压雷闪击中输电线路附近地面,在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的输电线路上感应出的过电压称为雷电感应过电压发生在架空输电线路上的雷电感应过电压,经实测,过电压峰值最大可达300~400kV对35kV及以下钢筋混凝土杆线路,可能造成绝缘闪络;但对于110kV及以上线路,由于绝缘水平较高,一般不会引起闪络2.2直击雷过电压雷闪直接击中输电线路引起的过电压称为直击雷过电压直击雷按击中线路设备的部位又分为3种:雷击于杆塔顶部及靠近杆塔的地线,即常说的反击雷;绕过避雷线击于导线,即绕击雷;雷击于避雷线档距中央雷击避雷线的档距中间且与导线发生闪络引起跳闸的情况是及其罕见的,因此直击雷防护主要是反击过电压和绕击过电压的防护反击是雷击线路杆塔或避雷线时造成塔顶电位升高,对导线发生闪络,使导线出现过电压;绕击是雷电绕过避雷线直接击中导线,在导线上引起的过电压。
实际运行经验表明,不同电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因不同110kV线路雷电过电压主要是反击造成的;220kV线路绕击和反击造成线路跳闸的机会基本相当;500kV超高压输电线路雷电过电压主要是绕击造成3 如何区分雷击形式正确查找线路雷击跳闸原因,判断是因绕击还是反击,对我们采取有效防雷措施至关重要因为不同的雷击形式,所采用的防雷措施是不相同的,反击有反击的防范措施,绕击有放绕击的措施,只有正确判断雷击形式,采取有针对性的防治措施,才能路防雷工作上取得事半功倍的效果区分雷电的绕击和反击,可通过现场故障表象、耐雷水平、雷电流的测量以及雷电定位系统提供的数据来进行综合分析判断绕击的发生有一些共同特点,例如故障都发生在边相、杆塔走向为山区大跨越、导线上有明显灼痕、被击杆塔地线无烧损痕迹等反击一般有下列特征:多相故障一般是由反击引起,水平排列的中相或上三角排列的上相故障一般是由雷电反击引起线路绕击和反击的特点描述参见下表表 绕击与反击判断方法项目反击绕击接地电阻大小雷电流大小及电流路径雷电流较大易反击,电流。