在三峡库区典型线路220kV防雷分化技术的研究

在三峡库区典型线路220kV防雷分化技术的研究周世平，阮凌，姚遥顾山墙，赵俊，张思涵湖北电力公司防雷技术研究部武汉，中国国家电网电武汉南瑞有限公司电力科学研究院武汉，中国[e-mail]摘要——由于在三峡地区复杂的气候和地理环境，并且在这一地区经常有一些的闪电活动。因此，这一地区的输电线路防雷性能很弱。为了提高电源的稳定和可靠，提高评价和改造输电线路的耐雷水平是很重要的。本文研究是基于微分技术和220kV输电线路典型防雷策略。详细地分析闪电活动的差异，地形地貌，线的结构和绝缘结构，对雷击风险进行评估，然后，防雷分化方案就可以基于评价结果提出了。关键词——防雷分化；三三峡地区；输电线路；220kV；雷击闪络的风险。一、引言根据近几年中国国家电网公司生产运行分析，雷击跳闸次数在110kV~500kV输电设备跳闸总数中占第一，在造成传输设备非计划停运的频率比中占第二位（仅次于外力破坏）。他们严重影响电网安全和电力供应的安全性和可靠性[1][2]。因此降低雷击跳闸率是保证电力系统安全可靠运行的一个重要任务。湖北西部的三三峡地区水电资源丰富，也是中国西电东送的重要通道。沿着狭窄的三峡地区，聚集了各种高压输电线路，如dc-uhvac-uhv，及其他各种电压等级的输电线路。他们都有很宽的输电线路走廊和很高高的输电塔的特点。此外，该地区雷电活动非常频繁，并由闪电造成的损害是及其严重的，所以要在三峡库区防雷减灾是一个非常艰巨的任务。其中，由于220KV以下电压等级的电力系统有很多的输电线路，分布较广，密度更大，也更容易被闪电活动的影响。因此，输电走廊的安全与区域电力系统的稳定可靠运行有着严重的关系。因此，运行部门高度重视湖北西部三峡地区的防雷工作。安装可控放电避雷针和局部安装线路避雷器取得了一定的效果。但由于220kV及以下电压等级的线路接地情况很复杂，并且区域气候和地理环境复杂，所以线路的防雷能力仍然薄弱。因雷击造成的跳闸严重影响了三峡地区电力供应的稳定和可靠。根据三峡地区突出的防雷问题，对三峡地区典型的220kV线路进行了基于分化防雷技术和防雷策略的综合管理研究。本文综合考虑了线路雷电活动特征，地貌特征，塔的结构特点及绝缘配合，对输电线路雷击闪络评估了风险。根据评价结果，选择合适的防雷措施以及制定综合防雷管理方案。然后针对目前防雷管理方案进行预期的管理效果评价。二、防雷技术的分化考虑到线路走廊雷电活动，地形条件，电路的结构特点，以及输电线路防雷特性[3]输电线路防雷技术的鉴别是雷击闪络的风险评估和雷电防护总体综合水平。同时，根据已安装并会采取避雷管理方案的保护措施，他会在采取措施后对雷电闪络的风险进行评估。评价结果可以在添加防雷措施后，评估防雷性能。传输线分化防雷技术的具体实施过程示于图1，本文采用电气几何模型（EGM）计算屏蔽故障的防雷性能，并采用蒙特卡罗方法来进行回闪络避雷性能计算[4]-[7]。每个塔包括雷电参数，详细的数据线结构，地貌，地形，历史雷击闪络等每个塔的雷击闪络率及整线的计算和每座塔与整线的雷击闪络风险的评价图1防雷分化的工艺流程图三、参数统计A、线路规划GC线是三峡库区典型的220kV输电线路。GC线全长33.374km，有79个塔在GC线。其中，有15（2#~16#）双回路塔，和64（1##~#17，79）单回路塔。从2000年到2009年有11次雷击闪络故障发生在GC线。有7回闪络故障，3次屏蔽故障的故障和原因不明的1次故障。雷击闪络跳闸率是每年平均每100英里2.861826次。反击跳闸率是每年平均每100英里1.821162次。绕击跳闸率是每年平均每100英里0.780498次。2009年，GC线路防雷措施由宜昌电力公司改进了。在这条防雷改进线已经安装可控放电避雷针和副针。此外，为了减少雷击闪络跳闸率，10（30###，32，41，44，52###，46，60，69###，61，72，#）塔已安装避雷器，18（6830#~#，#~44#）塔已安装耦合地线。B、雷电参数统计掌握线路走廊的雷电分布特征，并且获得实际的雷电参数来评价防雷性能是实现差分防雷技术、提高技术和评估[8]雷击闪络风险可的重要依据。GC线路上的雷电活动分布特征分析及典型雷电参数的采集是基于由湖北省雷电定位系统从2000年到2009年的闪电探测数据。GC线从2000年~2009年每年的平均地闪密度表现为图2。在11次雷击故障之中，9次出现最大的地闪密度是第五级（地闪密度大于4.5f根据防雷雷击风险的来源和特征措施，选择适当的措施根据评价结果和运行经验，提出闪电保护改造原则不同的防雷改造方案的建立预计雷击闪络的风险评价和技术经济评价/（km2•a））。雷击故障主要出现在一些闪电活动相对活跃的地区。因此，雷击故障与地闪密度的之间的关系是很明显的。在三峡地区的雷电流从2000年到2009年累积概率分布作为GC线的照明电流参数。雷电电流三峡区域累积概率分布的嵌合表达式为（1），其中平均值电流为40.7kA。图2从2000年到2009年间的GC线路走廊地闪密度C、线路参数统计线路的特性参数包括线路基本信息、塔的结构和绝缘以及沿线路的地貌特征等，这些参数是评估雷击闪络的风险和防雷[9]分化技术实现的重要基础。沿着线路走廊的地貌所有信息都是通过三维GIS系统扫描得到的。地形，平原占14%，山区占86%。在地貌，沿坡面积占88.6％，沿山顶面积占7.6％，并且沿流域面积占3.8％。塔的结构特点及绝缘配合都是通过原始设计数据获得的。在塔型方面，转角塔占30.4％。在接地电阻大小上，设计值是从15Ω到20Ω，在跨度上，有6个大跨度塔，细节显示为表格I。表一GC输电线路的大跨度塔塔号跨度（m）地貌45#~46#1118.7沿坡49#~50#1150沿坡60#~61#1330.4沿坡四、输电线路的雷电闪络风险评估A线路雷击风险评估标准考虑到由中国国家电网公司公布的“管理规范110（66）千伏〜500千伏架空输电线路”，220kV输电线路的雷击闪络跳闸率是每年每100英里[10]0.315次，考虑到屏蔽失败和背面闪络的比例对于GC行照明的风险评价标准显示为图表二。表IIGC输电线路雷电闪络风险评估准则绕击跳闸率Pr0.047250.04725≤Pr0.09450.0945≤Pr0.14175Pr≥0.14175风险等级ABCD回闪络跳闸率Pf0.110250.11025≤Pf0.22050.2205≤Pf0.33075Pf≥0.33075风险等级ABCD雷击闪络跳闸率P0.15750.1575≤P0.31500.3150≤P0.4725P≥0.4725风险等级ABCDB输电线路雷击闪络的风险评估综合考虑到雷电活动、线的结构和绝缘、地貌以及已经采取的防雷措施等特点，综合雷电闪络风险评估可以进行。评估包括屏蔽失效闪络的风险、背闪络的风险以及对于每个塔整体雷电闪络的风险。评估包括考虑无防雷措施，和考虑到现有的防雷措施两种情况。评价结果显示为图表III。可见，GC行回闪的风险是非常高的，而屏蔽失效闪络的风险较低，这符合GC线路的实际运营经验。表IIIGC线路中许多不同风险等级的塔的分布风险等级ABCD回闪风险不考虑防雷措施塔号092545塔比例011.4%31.6%57%考虑到现有的防雷措施塔号10161835塔比例12.7%20.3%22.8%44.3%屏蔽失效风险不考虑防雷措施塔号574315塔比例72.2%5.1%3.8%19%考虑到现有的防雷措施塔号586411塔比例73.4%7.6%5.1%13.9%雷击闪络风险不考虑防雷措施塔号2301928塔比例2.5%38%24%35.4%考虑到现有的防雷措施塔号12291622塔比例15.2%36.7%20.3%27.8%五、建立分化防雷改造方案在GC线路上的已经发生的所有雷击事故中，屏蔽失效闪络故障和回闪络故障都是存在的，其中回闪的故障占70％。为了减小屏蔽失效闪络故障，2009年在整条线路上已经安装了可控放电避雷针和侧面针。根据风险评估结果，在安装可控放电避雷针和侧面针后屏蔽失效闪络风险进一步降低了。因此，综合防雷改造主要以减少回闪络跳闸率为主，同时也考虑减少屏蔽失效闪络跳闸率。根据此修改的目的，可以来选择避雷措施。根据操作经验和现有的防雷措施，并且结合优势和现有的防雷措施和线路的运行缺点情况，安装线路避雷器和降低杆塔接地电阻是防雷措施的主要改进。目的是减少电阻，建议经营单位对接地电阻进行重复的测量，并在考虑线路风险评估结果的同时确定接地的改革对象。该改革方案主要是针对安装避雷器的线路来确定转型塔数量。安装线路避雷器的确定流程所需要的塔如图3所示。根据评选标准，GC线路改造的塔号如表4所示。灯光闪络历史记录雷电闪络风险评估结果塔的结构特点地貌和地形特征塔已发生雷击闪络，但还没有安装避雷器塔的屏蔽失败和回闪风险都在D级塔的回闪的风险等级为D级图3.决定修改塔的流程图表IVGC线路塔数量的改进选择修改塔的标准123修改塔号4#ǃ5#ǃ10#ǃ24#ǃ43#ǃ45#3#ǃ7#ǃ9#ǃ11#ǃ12#ǃ14#ǃ15#2#ǃ6#ǃ13#ǃ16#ǃ17#ǃ18#ǃ19#ǃ20#ǃ23#ǃ25#ǃ27#ǃ29#ǃ42#ǃ47#ǃ48#ǃ49#ǃ50#ǃ53#ǃ56#ǃ68#ǃ71#ǃ74#塔的数量6722塔的比例7.6%8.9%27.8%经营单位计划安装100个左右线路避雷器在这个传输线。第一次使用EMTP检查塔回闪络耐雷水平。对于双回路塔，一般安装4个避雷器在高压侧和中压侧。如果EMTP检查发现，闪回耐雷水平仍然很低，所有的六个相都应安装避雷器。对于单回路悬挂塔，它通常是安装2个避雷器在侧相。对于单个电路角塔，其通常安装2个避雷器在上坡和下坡侧相。如果EMTP检查发现，塔的反击耐雷水平仍然很低，那么所有三个相都应安装避雷器。根据避雷器的结构模式，结合所确定的变换塔数，GC线路的改造方案可以得到如表格五.表五GC线路的重构计划措施避雷器备注修改的塔号2#（双线）、ǃ3#（双线）、4#（双线）、14塔双回路（5＃安装6个避ǃ5#（双线）、6#（双线）、ǃ7#（双线）、雷器，其余全部安装4个避雷9#˄（双线）、10#（双线）、11#（双线）、器），21塔是单回路（24＃，12#（双线）、13#（双线）、14#（双线）、50＃，71＃和74＃安装3个15#˄（双线）、16#（双线）、避雷器，其余全部安装2个避17#、18#、19#、20#、23#、24#、雷器）25#、27#、29#、42#、43#、45#、47#、48#、49#、50#、53#、56#、68#、71#、74#修饰比例44.3%避雷器号码104杆13x4+1x6+17x2+4x3=104预计费用145.6万元1.4x104=145.6改造方案共需要104个避雷器，这是与工作单位的要求一致的。220kV线路避雷器每个成本1.410万元（含安装费）。该方案的预期重建费用为145.6万元。根据重建方案中的预期的治理效果进行评估。改造后，预计回闪络跳闸率将下降62.6％，和预期的屏蔽故障率将下降98.5％。相较于GC线路的操作经验，2000年至2009年，预计雷击跳闸率将下降70.9％。VI结论与展望本文采用防雷分化技术，传输线，旨在为开展220千伏GC线路在三峡地区湖北省西部综合雷击闪络的风险评估。并且分化的防雷重建方案可以根据评价结果而得出。主要结论如下：（1）综合考虑雷电活动，线的结构和绝缘、地貌、已经采取的防雷措施等特点，雷击闪络风险的综合评估可以得出。评估包括屏蔽失效闪络的风险，背闪络的风险，并且对于每个塔整体雷电闪络的风险。评估认为两种情况，包括考虑无防雷措施和考虑到现有的防雷措施。（2）修改方案选择安装避雷器作为主要的改造措施。然后，最优方案可以根据技术经济率提出。预期的GC线路雷击跳闸率将下降70.9%。（3）综合防雷改造方案目前已经实施了。因此，在事先的评估结果应与雷雨季节的实际治理效果进行比较。（4）本文提出的防雷保