（广西福源电力设计有限责任公司）
摘要：广西贵港市的启航～东湖Ⅰ、Ⅱ回110kV线路工程，在启动试运行时，9号塔中110kV启湖Ⅰ线B相和110kV启湖Ⅱ线B相、C相遭受雷击跳闸，针对此次事件进行分析并进行整改。
关键词：110kV线路；雷击调整；分析；整改
一、跳闸经过
启航～东湖Ⅰ、Ⅱ回110kV线路工程于2011年7月10日开工，2014年4月20日施工图完毕，2014年4月28日验收完毕，110kV启湖Ⅰ线于2014年05月07日11时30分开始启动试运行、110kV启湖Ⅱ线于2014年05月07日11时50分开始启动试运行，我公司于2014年05月08日11时30分接到启动试运行指挥组长的跳闸通知。
经过运行单位、施工、监理单位对启航站保护装置计算出的“故障点”（启动试运行指挥组长汇报故障点估计位于离启航站1.2km和2.8km共2处）进行巡查，确认110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔中110kV启湖Ⅰ线B相和110kV启湖Ⅱ线B相、C相遭受雷击。
二、工程概况
启航～东湖Ⅰ、Ⅱ回110kV线路由我公司负责设计，由广西河池创元有限责任公司进行施工，广西正远电力工程建设监理有限责任公司负责监理。工程于2009年4月开始设计，经可研、初步、施工设计三个阶段，于2011年3月完成施工图设计。
启航～东湖Ⅰ、Ⅱ回110kV线路：起自220kV启航变110kV侧进出线构架，止于110kV东湖变110kV侧进出线构架，双回路同塔架设，线路全长10.813km，其中架空线路长约10.395km；电缆长约0.418km，使用杆塔共63基。
绝缘子采用FXBW4-110/100型硅橡胶棒形合成绝缘子，双回路共塔架设采用不平衡绝缘配置，其中：Ⅰ回采用的绝缘子结构高度为1340mm；Ⅱ回采用的绝缘子结构高度为1240mm。
9号塔为110JGu32-27的双回路耐张角钢塔，地线对导线的保护角为：0°，杆塔全高：39米，该塔的单线图及使用条件详见附图。
三、跳闸分析
跳闸当天，110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线所经区域的气象为强对流天气，雷电活动频繁，并且伴有大风大雨。110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔全高39米，位于红岩山顶，高程为：136米，附近平地高程为：40～50米，高差为：86～96米，遭遇雷击机率较大。
雷击造成输电线路跳闸一般有3种情况：①由于接地电阻超标，造成输电线路耐雷水平降低，此时雷击避雷线或塔顶，反击使线路跳闸；②接地电阻合格，但是由于雷电流太大，超过了线路设计的耐雷水平，此时雷击避雷线或塔顶，反击使线路跳闸；③雷绕击到线路，使线路跳闸。针对这3种情况逐一分析。
1、接地电阻满足规程要求
杆塔接地电阻应满足《电力设备预防性试验规程》（Q/CSG 114002-2011）的要求。输电线路杆塔工频接地电阻要求见表1。
注：1）高度40m以下杆塔，如土壤电阻率很高，接地电阻难以降到30Ω，可采用6～8根总长不超过500m的放射形接地体或连续伸长接地体，其接地电阻可不受限；但对于高度达到或超过40m的杆塔，其接地电阻不宜超过20Ω。2）变电站进线段工频杆塔接地电阻不宜高于10Ω。
110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔位于红岩山顶，地质为岩石，其土壤电阻率>2000，接地装置采用JD-234放射形接地装置，地接地电阻为21Ω，满足规程要求。
2、接地电阻合格，雷电流太大，超过了线路设计的耐雷水平
110kV及以上线路反击耐雷水平不宜低于表2所列数值，变电站进线段反击耐雷水平不宜低于表中较高值。
注：1）反击耐雷水平较低/较高值分别对应杆塔冲击接地电阻15Ω和7Ω，雷击时刻工作电压为峰值且与雷击电流反极性；2）变电站进线段反击耐雷水平不宜低于表中较高值。
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997）规程，雷击有避雷线的同杆架设多回送电线路杆塔顶部时，耐雷水平按下式计算：
式中
u50%—绝缘子串的50%冲击放电电压，kV；
k、k0 —导线和避雷线间的耦合系数和几何耦合系数；
β —杆塔分流系数；
Ri —杆塔冲击接地电阻，Ω；
Lt —杆塔电感，μH；
ht、ha—杆塔高度和横担对地高度，m；
hg、hc—避雷线和导线平均对地高度，m。
经计算，110kV启湖Ⅰ线耐雷水平为53.8757kA，110kV启湖Ⅱ线耐雷水平为50.068kA，满足规程中规定的50～61kA的要求。由于雷电定位系统没有定位到这个雷，所以雷电流难以确定，根据三个绝缘子闪络放电情况分析，当时的雷电流已超过了线路的耐雷电流，所以此时会引起雷击塔顶，造成塔顶电位非常高，而对线路反击引起线路故障。
所以，虽然输电线路杆塔的接地电阻符合标准的规定，但是超过线路耐雷水平的雷直击在线路上，也会造成线路的闪络。
3、雷绕击线路引起线路跳闸可能性小
按照输电线路绕击的耐雷水平计算公式：I2＝U50％／100
计算得到110kV启湖Ⅰ线雷绕击导线时的耐雷水平仅为7.45 kA，110kV启湖Ⅱ线雷绕击导线时的耐雷水平仅为6.92kA，而从实际的地形来看，9号杆塔位于山顶，这种地形很可能产生绕击，本线路设计在考虑这种情况时，采用地线对导线的保护角为：0°的铁塔，计算得出的绕击率为0.0447%，以降低雷电绕击的现象。
四、整改方案
综上三种现象分析，110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔中110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线遭受雷击跳闸的原因为：雷电流太大，超过了线路设计的耐雷水平。
整改的方向为提高线路的耐雷水平，要提高同杆多回路线路耐雷水平，可以通过增加绝缘子串片数、加装线路避雷器、降低接地电阻、降低杆塔和导线高度、架设耦合地线等方法，而降低杆塔和导线高度及架设耦合地线，受线路所经区域地形限制，无法实施，不考虑采用这2种方法。下面只介绍方法增加绝缘子串片数、加装线路避雷器、降低接地电阻3种方法。
1、增加绝缘子串片数
u50%取的是绝缘子串的50%正极性冲击放电电压，雷电冲击电压主要决定于绝缘子串长，绝缘子串片数的增加能提高绝缘子串的u50%，降低跳闸率。
若在原绝缘子串的基础上，增加2片结构高度为146mm的玻璃绝缘子，110kV启湖Ⅰ线耐雷水平升高为64.976kA，110kV启湖Ⅱ线耐雷水平升高为61.1774kA。
2、加装线路避雷器
位于强雷区的山区线路雷害高发区段，接地电阻、耐雷水平不满足设计要求，雷击跳闸率较高，采用降阻、加强绝缘、减小保护角等基础防雷措施不可行或效果不明显或技术经济极不合理时，可使用线路避雷器。加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因而避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的点位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络。因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
在距离110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔100米处，有已运行的110kV 2011年8月10日，启郁线也在此区域遭雷击跳闸，之后，在启郁线10号塔加装了避雷器，至今没有跳闸记录。鉴于运行经验，在110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔加装2组避雷器，能提高线路的耐雷水平。
3、降低接地电阻
接地电阻的降低，会降低雷击杆塔时的塔顶电位，对一般高度的杆塔，降低接地电阻是提高线路耐雷水平防止反击的有效措施。经计算，将110kV启湖Ⅰ、Ⅱ线9号塔接地电阻值降至13Ω。110kV启湖Ⅰ线耐雷水平提高为67.3054kA，110kV启湖Ⅱ线耐雷水平提高为62.5214kA。
五、方案比较
增加绝缘子串片数方案：最为经济方便，实施性最好；加装线路避雷器方案：效果较好，投资较大，实施性较好；降低接地电阻方案：因 9号位移地质为岩石，其土壤电阻率>2000，降低接地电阻难度较大，投资最大，可实施性较差。
总上所述，提高耐雷水平实施的优先顺序一般为：增加绝缘子片数→加装线路避雷器→降低接地电阻。
参考文献：
[1]《电力设备预防性试验规程》（Q/CSG 114002-2011）
[2]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997）
[3]《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）
论文作者:王桂春
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/6
标签：线路论文; 杆塔论文; 绝缘子论文; 电阻论文; 避雷器论文; 导线论文; 雷电论文; 《电力设备》2017年第18期论文;