油莲线雷击频繁跳闸分析及防控措施

0 引言

随着电网建设规模不断扩大，110 kV及以上的输电线路已成为我国主流的输电线路，但是35 kV线路在广东河源地区仍然占据重要地位，其管辖的40余回35 kV线路承担着各乡镇主干线供电任务，它的供电可靠性直接关系到人民群众的切身利益。然而，35 kV线路在建设之初因侧重经济性，一般仅在变电站进线段装设避雷线，线路整体绝缘水平较低，在防雷害上存在先天不足，在雷雨季节期间频繁故障跳闸，给各乡镇的正常生活造成困扰。本文通过对35 kV油莲线在2017—2019年期间的雷害跳闸进行分析，并与常规防雷措施进行对照，进而提出可行的防控改造措施。

1 35 kV油莲线运行概况

35 kV油莲线于2007年建成，线路全长29.3 km，共88基杆塔，其中直线杆40基，直线塔10基，耐张杆25基，耐张塔13基，90%的杆塔位于高山上，且大部分位于矿区。导线采用LGJX-120/20钢芯铝绞线，三相导线排列方式为上字型和水平排列，仅变电站进线段1～1.5 km架设有GJ-50的避雷线。全线杆塔采用LXY1-70玻璃绝缘子，直线杆塔3片，耐张杆塔4片配置。

线路建成投运后，频繁发生雷害跳闸事故，近些年来对该线路投入了大量防雷改造资金，2013年底对24基杆塔的三相导线均加装了线路避雷器，2016年底对28基杆塔加装了防雷接闪器，同时增设人工接地网。

2 故障杆塔分布及地闪密度分析

由于雷击的不确定性和雷电活动的分散性，线路在设计建设之初难以确定相应的防雷措施，需要结合历年的运行经验，逐步排查出线路的雷电“易击段”，以便采取差异化防雷改造方案。本文重点对2017—2019年的线路跳闸情况以及线路周边地闪密度进行深入分析，掌握雷电活动频繁区域，结合历年的故障杆塔分布情况，从而初步确定该线路的“易击段”。

35 kV油莲线2017年雷击跳闸8次，故障杆塔分别是#22、#47、#52、#69、#74、#75、#77、#79；2018年雷击跳闸12次，故障杆塔分别是#8、#10（2次）、#11、#13、#14（3次）、#16、#44、#49、#80；2019年雷击跳闸16次，故障杆塔分别是#5、#11、#16、#49、#51、#53（2次）、#60、#66、#69、#70、#76、#77、#79、#81、#82。

雷电定位系统记录了线路周边落雷情况，对2017—2019年35 kV油莲线1 km附近的地闪密度进行统计，结合故障杆塔的分布情况，绘制出故障杆塔及地闪密度分布图，除了#7～#20区段雷电活动较强外，其他区段相对比较均衡，再结合历年的雷击故障杆塔分布，初步判定#5～#22、#44～#53、#66～#82为“易击段”，需重点进行防护。

3 常用防雷措施对照分析

常用的线路防雷措施不外乎架设避雷线、降低接地电阻、加强绝缘、安装接闪器及避雷器等，本文将结合35 kV油莲线的实际情况，逐条对照分析，为今后的防雷改造提供参考方向。

（1）沿全线装设避雷线确实是110 kV及以上线路最有效的防雷措施，但对于35 kV线路而言效果却非常有限，因线路本身的绝缘水平低，即使成功拦截了导线上的直击雷，也会因为雷电反击引起跳闸。如35 kV油莲线配置了3～4片玻璃绝缘子，其反击耐雷水平约30 kA，根据我国一般地区的雷电流幅值概率分布公式（lg P=-I/88），计算出雷电流大于30 kA的概率是45.6%，所以在35 kV线路上装设避雷线的防雷效果不佳。

（2）接地装置是泄导雷电流的主通道，较低的电阻可降低反击雷对杆塔造成的电位差，意味着增大了线路反击耐雷水平，但是相关研究表明，35 kV线路本身的绝缘水平太低，降低接地电阻的防雷效果并不明显。另外，对于无避雷线的线路而言，绕击是雷害跳闸的主因，接地装置对绕击而言是无效的。故从实用性及经济性考虑，对杆塔接地装置不必要求过高，阻值不高于25 Ω即可。

（3）加强绝缘即增加绝缘子片数，从而提高绝缘子串的耐雷水平，一定程度上降低了雷电建弧率。加强绝缘一般与装设避雷线配合使用，同时需满足塔头间隙、风偏和对地距离等要求，通常适用于新建的线路。已运行13年的35 kV油莲线因其设计标准较低，在运的杆塔不具备加装避雷线的条件，也就意味着导线仍然完全暴露在雷电活动范围内，约4 kA（雷电流大于4 kA的概率是90.1%）的雷电流即可引起3～4片的绝缘子串闪络放电。若35 kV油莲线均增加1片绝缘子，绕击耐雷水平约提升至5 kA，而雷电流大于5 kA的概率是87.7%，概率同比下降2.7%，意味着仅加强绝缘对35 kV油莲线的防雷效果甚微。

（4）接闪器安装在杆塔顶部，用来接收杆塔附近的雷电，在一定范围内避免导线、杆塔受雷电直击。35 kV油莲线28基杆塔加装了某公司的新型接闪器，主要由金属针尖、接闪器主体、引下线等构成，据悉该接闪器可削减雷电波峰幅度30%以上，从而有效地降低了雷电流直接作用于杆塔构件的雷电流幅值。35 kV油莲线已安装接闪器的28基杆塔中，有6基杆塔在近3年期间发生了雷击跳闸，又因该产品应用经验相对缺乏，防雷效果不甚理想。一方面从感应雷击过电压的角度分析，虽然接闪器将杆塔附件的雷电引到自身上，但是35 kV线路本身的绝缘水平较低，当雷电流幅值超过80 kA（概率是12.3%）时，反而会引起线路因感应雷击过电压闪络跳闸；另一方面，接闪器的保护范围非常有限，需要配合接地网一并使用，应充分结合现场地形地貌进行选点安装。因此，新型的接闪器仍可选点试用，以便积累相应的防雷改造经验，但是需尽量避开雷电活动较强的区域，防止感应雷击过电压引起线路闪络跳闸。

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