110 kV永蒲线19号、23号塔雷击闪络分析_避雷器_防雷接地

110 kV永蒲线19号、23号塔雷击闪络分析

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林朝华
温州电力局，浙江温州325028

摘要：通过对110 kV永蒲线19号、23号塔雷击闪络的原因分析，指出弧垂对反击耐雷水平和地形对绕击率的影响，针对防雷设计提出了对于反击除要求接地电阻值合格外，还应校核线路的耐雷水平；对于绕击除边导线保护角应小于规定值外，还应用击距法来分析杆塔是否存在绕击区的问题。
关键词：线路；防雷；保护；分析序号故障时间故障原因1 110 kV永蒲线概况及雷击闪络情况
110 kV永蒲线全长14．6 km，导线型号LGJ－240，单回路架设，避雷线型号GJ－50，双避雷线保护，绝缘子型号XWP₂－7，直线塔7片，耐张塔8片。
　　从表1可知，受雷击闪络的杆塔主要是18号、19号、20号、23号四基塔，这四基杆塔全部位于山地上，属多雷区、易击段，而发生跳闸次数最多的是19号、23号塔，各4次，基本上每年都发生跳闸，19号、23号塔正位于最高两个山顶上见图1。

2 19号、23号塔雷击闪络分析
2．1 19号塔雷击闪络分析
　　19号塔基本情况：塔为耐张塔，绝缘子串长度1．2 m，绝缘子串U_50％冲击放电电压取800kV，19号塔塔位土壤电阻率实测β＝1 600Ω。18～19号塔档距为590 m，档距中央避雷线弧垂f_b＝15．4 m，导线弧垂f_d＝21．8 m，塔几何尺寸见图2。

　　通过计算雷击杆塔时耐雷水平I₁＝34．4 kA，线路跳闸率N^［1］＝1．34次／100 km·y。
　　下面采用电气几何模型图^［3］中击距法来分析绕击区的问题：按最小雷电流所对应的允许击距r_s1等于临界击距r_sk，即绕击区面积为零的方法，求得临界保护角α_临，再用临界保护角与杆塔实际保护角相比较，如果临界保护角大于实际保护角，那么线路就不存在绕击区，反之，就存在绕击区，相应地要降低边导线的保护角来消除绕击区的存在。

　　作与避雷线挂点b距离为6．5 m直线00′，直线00′即为导线横担。以避雷线挂点b为圆心作半径为37．6 m的图弧AB，再作与地面距离为37．6 m平行直线CD，圆弧AB与直线CD相交点为K，再过K点作半径为37．6 m圆弧与直线00′交点为d′，连接bd′两点，直线bd′与直线bt所夹角即为临界保护α_临≈25°。19号塔实际保护角为12．3°，α_临＞α，导线应处于避雷线的有效屏蔽范围内，理论上不存在绕击区。但由于19号塔实际地形比较陡，坡度约为30°，再由作图法得知临界保护角α_临≈5°，导线已超出避雷线的屏蔽范围，形成绕击区。下面再作绕击区：作直线bd的中垂线，d点为导线实际挂点。根据临界击距的定义，在中垂线上找到K′，使点K′到点b距离等于点K′到地面线距离。再根据允许击距定义，作以d点为圆心，半径为37．6 m的圆弧，此圆弧与地面距离为37．6 m的平行线相交于点C，与中垂线相交于点B，阴影面BCK′即为导线的绕击区，具体见图4所示。

通过对19号塔反击和绕击的分析可知：　
　（1）19号塔反击的耐雷水平I₁只有34．4 kA明显低于110 kV有避雷线的线路耐雷水平40～75 kA之间的规定^［2］，这是其雷击跳闸率高的主要原因。　　（2）虽然19号塔避雷线对边导线的保护角为12．3°，已远小于规程规定25°值。但是由于地形的影响使19号塔边导线超出避雷线的屏蔽范围，存在绕击区是其雷击跳闸率高的另一重要原因。　　（3）浙江省从1996年至1998年，3年的平均雷电日为40．47日，这3年来110 kV永蒲线实际雷击跳闸率约为13．6次／100 km·y，而理论计算值却只有1．34次／100 km·y，理论计算值与实际运行结果明显不符合。
2．2 23号塔雷击闪络原因分析
　　23号塔为耐张塔，土壤电阻率实测ρ＝2 100Ω·m，22～23号塔档距为770 m，避雷线弧垂f_b＝26．8 m，f_d＝35．9 m，塔几何尺寸见图5。　　经计算导地线几何耦合系数ko^［1］＝－0．166，取ko＝0。杆塔反击的耐雷水平I₁＝22 kA。同样用电气几何模型图来分析绕击区的问题

　　由作图来求得临界保护角α_临＝26°，α_临＞α，即为有效屏蔽范围内，不存在绕击区。
　　通过分析可知，23号塔反击耐雷水平只有22kA远小于规程规定的110 kV有避雷线线路大跨越档耐雷水平75 kA的规定，是其雷击跳闸率高的主要原因。
3接地体改造后的防雷效果分析
根据110 kV永蒲线18、19、20、23号塔频繁跳闸和接地电阻偏高的情况，1998年9月份对四基塔接地体进行改造。
　　改造前后接地体敷设型式与接地电阻值具体见表2。经计算接地体改造后19、23号塔耐雷水平分别为：

19号：I₁＝60．2 kA，23号：I₁＝48．4 kA　　通过对19、23号塔接地体改造前后耐雷水平比较可知：
　　（1）接地电阻的降低可以大大提高线路的耐雷水平，19号塔耐雷水平I₁提高了76％，23号塔耐雷水平I₁提高了120％，大大加强了防反击能力，这一结论与110 kV永蒲线实际运行结果相符合。110 kV永蒲线接地改造前，两年相继有四基塔，遭雷击跳闸，1998年有两基塔遭雷击，而从1998年9月份接地改造后，至今只有19号塔雷击跳闸外，其余18、20、23号塔都再没有发生过雷击跳闸事故，尤其是23号塔过去每年都遭雷击跳闸。这说明杆塔接地电阻对于提高线路的反击耐雷水平具有重要影响。
　　（2）接地体的改造，降低了杆塔的接地电阻，但这并没有消除19号塔由于地形变化所形成的绕击区，使得1999年8月19号塔再次受到雷击跳闸。　　（3）23号塔虽然经过接地体的改造，接地电阻值已降为规程允许范围内，但是由于23号塔档距过大（即弧垂大），使得导地线之间耦合系数降为零，而接地电阻值的变化，并不能提高导地线几何耦合系数ko值，因此其耐雷水平I₁还是明显偏低。
4线路采用MOA防雷后的效果分析
针对110 kV永蒲线接地体改造后并不能消除19号塔的绕击区和23号塔的耐雷水平偏低的情况，并借鉴广东省肇庆电力局110 kV珠西线和广州电力局220 kV韶郭线加装氧化锌避雷器（MOA）后成功运行的经验，2000年8月份在110 kV永蒲线山地段15～25号塔安装了HY5CX－110／220型MOA，该避雷器动作电压为410 kV。19、23号塔安装在两边相。至2002年4月9日，19号塔面向大号侧左边相避雷器动作15次，右边相动作11次，23号塔左边相避雷器动作10次，右边相动作9次。
　　由于安装MOA使得杆塔和导线电位差超过410 kV时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。从安装MOA至今近二年时间，虽然线路多次受到雷击，但永蒲线再没有发生过一次跳闸。但是由于运行时间不长，而且雷电是小概率事件，所以将继续对避雷器的实际作用进行跟踪分析。