220kV苏保双线防雷评估及改造

220kV苏保双线防雷评估及改造

王继承1马御棠2

（1.云南电网有限责任公司保山供电局云南省保山市678000；

2.云南电网有限责任公司电力科学研究院云南省昆明市650217）

摘要：2005年至2015年220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线多次遭受雷击跳闸，其中两次雷击发现多处闪络点，为了查明该线路雷击跳闸特殊的原因，结合线路往年跳闸信息资料，采用南网电力科学研究院开发的软件对线路杆塔的反击耐雷水平、绕击耐雷水平进行计算，最后提出该线路的防雷改造建议，达到降低该线路的雷击跳闸率的目的。

关键词：雷击跳闸，耐雷水平，电网安全

Evaluationandimprovementof220kVSuBaodoublelinelightningprotection

WangJicheng1MaYutang2

（1.Baoshanofyunnanpowergridpowersupplybureau，YunnanBaoshan，678000；

2.Yunnanpowergridco.,LTDelectricpowerresearchinstitute，YunnanKunming，650217）

Abstract:From2005to2015,220kVSuBaoⅠ,Ⅱlooprepeatedlysufferlightningtripping,thelightningstrikingtwicefoundflashover,inordertofindoutthelinelightningtripoutofspecialreasons,combinedwithlineinpreviousyearsmaintenanceinformation,SouthernPowerGridelectricpowerresearchinstitutedevelopedasoftwareoflinetowercounterattacklightningwithstandlevel,aroundthelightninglevelcalculationisused,atlast,itputsforwardtherouteofthelightningprotectionreform,achievethepurposeofreducelightningtrip-outrateoftheline.

Keywords:lightningstroketrip;lightningresistinglevel;gridsecurity

引言

220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线是保山电网和大理联网联络的唯一通道，其中220kV苏保Ⅰ回线#140-#160塔与苏保Ⅱ回线#139-#159塔共计21基同塔双回架设，若两回线同时跳闸，保山电网损失负荷将构成重大事故。2008年3月31日，220kV苏保Ⅰ回线#106、#109、#110、#111、#112、#113、#114塔区段连续遭雷击跳闸，2015年1月9日，220kV苏保Ⅱ回线#100、#103、#104、#106塔区段连续遭雷击跳闸。

1保山地区及苏保双回线通道落雷情况分析

1.1保山地区落雷情况

以云南电网雷电定位系统数据为基础，采用0.1度*0.1度大小的网格（约10km*10km），对保山地区2005-2015年的落雷情况进行统计。保山地区平均落雷密度分布图如图1所示，保山地区雷暴日分布情况如图2所示。

由图1和图2可以看出，保山地区总体而言处于中雷区，66.8%的区域30.7-40d雷暴日区域，33.9%的区域介于40d-50d的区域，2.3%介于50d-62.9d之间。雷暴日较高的区域主要位于腾冲、龙陵、隆阳区。网格最大落雷密度为2.301次/平方公里，小于按照雷暴日折算的40雷暴日对应的2.78次/平方公里。根据现有统计资料，保山地区落雷相对较为平稳，大约在每年2万次，落雷主要集中在7、8、9三个月（如图3），占全年落雷的69.4%。

计范围内年均落雷次数

1.3雷击闪络杆塔与落雷密度相关性分析

220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线出现一次雷击跳闸或多基杆塔闪络情况，在雷击故障闪络后，因很难确认雷击杆塔的具体位置，因此假设其遭受的雷击的概率相同，雷击故障后巡线确定或避雷器动作，认为该基杆塔遭受雷击。220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线落雷密度与雷击闪络杆塔的相关系数为0.982，与杆塔统计范围内平均雷电流的相关系数为0.326，因此可认为虽然220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线总体落雷较少，但与落雷次数成正相关的关系。雷击闪络杆塔与平均雷电流基本不相关，在后续分析中不关注平均雷电流。

2线路杆塔耐雷水平

2.1计算参数的选择

对于220kV以上输电线路，一般认为只有绕击和反击的可能性，目前评价输电线路绕击性能的方法有规程法、电气几何模型法、先导法等各种方法，在本次计算中，为保证分析方法与南方电网要求的一致性，采用南网电科院开发的软件进行分析。仿真时条件设置如下：按照设计杆塔型式一览图及导地线参数要求进行设定，档距全部假设为400m进行计算，为计算各种情况下杆塔的耐雷水平，按照杆塔所处的位置来考虑，弧垂选择为0.1。

反击计算时仿真条件设定基本参数：起始值0kA，终止值300kA，阈值0.2kA，计算时间3e-5s，计算步长5e-9；雷击参数：档距数1，闪络条件：单回，雷击地线位置：左地线，不考虑系统工作电压、空气间隙；雷电流选择为双指数波，雷电通道阻抗400；输电线路模型为JMarti频率相关模型；杆塔模型为多波阻抗模型；闪络判据采用相交法，伏秒特性采用IEC伏秒曲线，绝缘子干弧距离选为2.19m；接地电阻选择为集中接地电阻，接地电阻范围为3Ω-30Ω。

绕击计算时仿真条件设定基本参数：不考虑系统工作电压、空气间隙闪络；击距公式为IEEE-1997推荐，击距系数为IEEE推荐，不考虑雷电入射角。地面倾角的范围为-30o到30o。

2.2计算结果

输电线路投入运行后，除可采取防雷措施外，影响反击耐雷水平的主要因素是杆塔的接地电阻，因此在采用南网电科院开发软件计算时反击耐雷水平时，对所有的杆塔考虑不同的接地电阻，接地电阻范围选择为3-30Ω，计算结果可为雷击性质的初步判断提供参考。在线路选定杆塔型号后，影响杆塔绕击耐雷水平的主要因素是地面倾角，因此在采用南网电科院开发软件计算绕击耐雷水平时，对所有的杆塔考虑不同地面倾角，地面倾角的范围为-300到300。

由下图可以看出（以NYF241塔型为例，图8、图9），相同的塔形，在在不同呼称高度下，在接地电阻小于10Ω时，反击耐雷水平有较大差异，在接地电阻大于10Ω以后，反击耐雷水平差别非常小。因线路本身具备一定的绕击耐雷水平，在地面倾角为负时，最大绕击雷电流比线路本身的绕击耐雷水平小，此时遭受雷击不会发生闪络。

根据上述计算结果，对于ZMF242、ZMF243、ZMF244塔形杆塔，在接地电阻为15Ω姆时，在不同的呼高下反击耐雷水平在170kA左右，因此220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线在遭受175.4kA的直接雷时，足以导致雷击闪络造成跳闸。HJYF241在接地电阻在30Ω时，反击耐雷水平仅有100kA左右，在遭受175.4kA的直接雷时，足以导致其闪络。NYF241-15在接地电阻为15Ω时，反击耐雷水平为168.7kA，在遭受175.4kA的直接雷时，足以导致避雷器动作。根据该分析，一次雷击导致多基杆塔闪络可能性完全存在。

3220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线连续多基雷击跳闸分析

采用南网电科院开发的防雷计算算计LPTL进行线路雷击跳闸率的计算，地面倾角通过GoogleEarth获取，获取方式为采用垂直杆塔处位置的里面倾角的平均值，距离杆塔490-510m之间，杆塔位置比旁边地面位置高，地面倾角为正，反之为负。由于杆塔坐标的准确性以及人为读数的误差，地面倾角仅为一个相对准确值，因线路弧垂获取困难，考虑偏严考虑，按杆塔处位置进行计算。计算结果如下（图10至图15）：

根据雷击跳闸率计算结果和实际的跳闸情况，220kV苏保Ⅰ回线9基杆塔闪络痕迹中有8基杆塔雷击总跳闸率大的50%以内，1基杆塔的跳闸率结果在比较小的部分，从另一方面验证了雷击跳闸具有分散性。220kV苏保Ⅱ回线4基杆塔闪络痕迹全部在总跳闸率大的50%以内，计算结果具有参考意义。

4防雷措施改造建议

4.1降低杆塔电阻

从上述仿真计算结果以及结合传统经验，降低杆塔接地电阻是最有效的防雷措施，也是最容易实施的防雷措施。上述仿真结果可以看出，在杆塔接地电阻为30Ω时，反击耐雷水平基本在90-110kA范围内，而杆塔接地电阻为10Ω时，反击耐雷水平均大于200kA，最大值达到270kA；在接地电阻降低到3Ω时，部分杆塔的反击耐雷水平甚至达到了700kA，耐雷水平提高更多。但塔型确定后随着呼高的增加杆塔的耐雷水平与接地电阻在10Ω及以下时并无太大差别，因此在考虑采用降低杆塔接地电阻这种方式来提高耐雷水平时，对220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线连续遭雷击杆段进行接地电阻复测，对于电阻值超过10Ω的进行降阻改造。

4.2线路避雷器

根据上述分析，避雷器在安装后起到了效果，保护了本基杆塔避免闪络，有一定的作用，但本身避雷器保护范围有限，仅能保护本基杆塔不发生闪络，增加后期的运行维护工作量，因此在安装避雷器时要综合考虑。根据以上分析结果，能够通过降低接地电阻方式的进行接地装置改造，建议将接地电阻改造到10Ω以下，接地电阻值降低有困难的建议安装氧化锌避雷器。

5结束语

本文分析了220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线连续多基杆塔遭受雷击的原因，并根据原因分析对220kV苏保Ⅰ回线#092、#103、#110、#111、#112塔，220kV苏保Ⅱ回线#93、#094、#096、#097、#098、#101、#106、#107塔共13基杆塔进行接地装置降阻大修，在220kV苏保Ⅰ回线#108、#109、#113、#114塔，220kV苏保Ⅱ回线#100、#103塔安装了氧化锌避雷器，实践证明以上针对性措施效果良好，保障了220kV苏保Ⅰ、Ⅱ回线的安全稳定运行。

参考文献

[1]交流电气装置过电压保护和绝缘配合GB/T50064-2014.

[2]110kV～750kV架空输电线路设计规范GB50545-2010.

[3]高电压技术/赵智大主编.北京：中国电力出版社，2006.8.

作者简介

1.王继承（1986年），男，云南保山，大学本科，工程师，输电线路管理。

2.马御棠（1986年），男，云南昆明，研究士，工程师，输电线路技术监督与服务、接地测试技术研究。