500kV葛岗线湖北段雷害事故分析及防范措施.pdf

v0 i _ 3 o 6 d e c 2 0 0 6 湖 北 电 力 一筮 鲞 箜鱼 2 0 0 6年 1 2月( 卷终 ) 5 0 0 k v葛 岗线湖北段雷害事故分析及 防范措施 王国满， 周王新 ( 湖北超高压输 变电公司，武汉4 3 0 0 5 0 ) 摘 要 通过对 5 0 0 k v葛岗线雷害事故的统计分析 ， 探讨 了雷害事故的规律 ， 结合葛岗线沿线 地形地貌、 杆塔保护角、 雷击事故实例等， 分析了雷害原因， 提出了防雷治理的具体措施。 关键词 5 0 0 k v超高压输 电线路 ；雷害；分析 ；措施 中图分类号t m 8 6 3 文献标识码a 文章编号1 0 0 6 - 3 9 8 6 ( 2 0 0 6 ) 0 6 - 0 0 5 3 -03 an a l y s i s a n d pr e v e n t i v e o f li g h t n i n g s t r o k e f a u l t o n hu b e i s e c t i o n o f 5 0 0 k v ge - g a n g tr a n s mi s s i o n li n e wang gu o ma n zh0u wa n g x i n ( h b e p c e h v t r a n s mi s s i o ns u b s t a t i o n c o m p a n y ， wu h a n 4 3 0 0 5 0 ， c h i n a ) ab s t r a c t t h r o u g h c o u n t i n g a n d a n a l y s i n g t h e l i g h t n i n g s t r o k e f a u l t s o n 5 0 0 k v g e g a n g t r a n s mi s s i o n l i n e t he r e g u l a t i o n o f l i g h t n i n g wa s di s c u s s e d i n c o nn e c t i o n wi t h t he t o p o g r a p h y a n d l a n d f o r ms a l o ng t h e t r a n s mi s s i o n l i n e c o r r i d o r， t h e pr o t e c t i o n a n g l e o f t o we r ， t h e e x a mp l e o f l i ht n i n g f a u l t a n d t he c a u s e o f l i g h t n i n g d i s t u r b a n c e w a s a n a l y z e d a n d t h e s p e c i f i c l i g h t n i n g p r o t e c t i o n a n d ma n a g i n g me a s u r e s we r e p u t f o r w a r d k e y w o r d s 5 0 0 k v t r a n s m i s s i o n l i n e ；l i g h t n i n g d i s t u r b a n c e ；a n a l y s i s ；m e a s u r e l 雷害事故统计分 析 5 0 0 k v葛岗线于 1 9 8 7年 1 o月建成投入 ， 该线 湖北段投运后 ， 雷害事故频发 ， 雷击造成 6次线路跳 闸、 3次架空地线断股 ， 严重危害线路安全运行 。 葛岗线历年来雷害事故统计见表 1 。 表 1 葛 岗雷謇| 【 故统计表 收稿日期 2 0 0 6 - 1 1 - 1 0 作者简介 王国满( 1 9 7 0一) ， 男， 湖北人， 助理工程师。 葛岗线雷害事 故统计分析如下 ： ( 1 ) 在 9次雷 击事故 中， 6次造成线路跳闸 ， 3次造成架空地 线断 股 ； ( 2 ) 在 6次雷 击跳 闸事 故 中， 发生 在边 相有 4 次， 发生 在 中相有 2次 ； ( 3 ) 在 6次 雷击跳 闸事故 中， 发生在直线 塔 5次 ， 发 生在耐张塔 有 1次 ； ( 4) 从 9次雷击事故故障点杆塔所处地形来看 ， 全 在山 区； ( 5 ) 根据 以上统计来看 ， 葛 岗线在 投运初期 ， 几 乎没有发生过雷击跳 闸事故 ， 这说明 了雷击事 故的 发生与地 网的运行年限和导地线的蠕塑变形有着一 定的关 系； ( 6 ) 从雷击事故所发生 的月份来看 ， 雷害 事故大多发生在春夏两季 ； ( 7 ) 经过计算葛 岗线雷 击故障率高达 0 4 3 7次 ( 1 0 0 k m a ) ， 远远超过设 计及运行规程要求的 0 1 4次 ( 1 0 0 k m a ) 。 2 雷害事故原因分析 2 1 雷 电绕击是线路跳闸的主要原因 1 9 9 8年 4月 2 3日， 1 8 6号杆塔附近雷电流 幅值 一 2 1 6 k a； 1 9 9 8年 8月 2 6日 2 0 8号杆塔附近雷电 流幅值 一1 6 2 k a； 2 0 0 4年 7月 9日， 3 9号杆塔附近 雷电流幅值 一 2 0 k a。以上杆塔接地 电阻均小于 1 o n， 葛岗线设计耐受直击雷水平 为 1 2 0 k a。如此小 幅值的雷电流直击杆塔或架空地线 ， 不可能在杆塔 塔顶产生很高的过电压击穿绝缘子串。而 2 0 k a左 53 维普资讯 筮 鲞 堡鱼 塑 2 0 0 6年 1 2月( 卷终) 湖 北 电 力 v 0 l _ 3 o 6 d c c 2 0 06 右的雷电流绕过避雷线击中导线 ， 由于雷电流的幅 值陡， 频率高， 导线相对雷电流而言呈现很大的波阻 抗 。 足以产生击穿绝缘子 间隙的雷过电压。因此 ， 以 上 3次雷击造成线 路跳 闸的原 因均 为绕击导线所 致 。 2 2 杆塔保护角偏大 由于葛岗线为第二代 5 0 0 k v超高压线路 ， 杆塔 塔头设计尺寸较小 ， 造成杆塔架空地线对边导线 的 保护角普遍较大 ， 计算在 1 2 。1 5 。 。根据 山区线路 的绕击率 p a与保护角 和杆塔高度 h的关系曲线 公式 ： l g p a= 0 c 8 63 3 5 。 举例计算 ， 取塔高h=4 0 m， 保护角0 c ：1 3 。 时 ， p a=0 4 ； 取塔高 h=4 0 m不变 ， 保护角 0 c=8 。 时， p a= 0 1 7 ； 可见 ， 保护角减小 5 。 ， 绕击率降低 1 倍多。因此， 葛岗线杆塔保护角偏 大是造成绕击 的原 因。 2 3 杆塔所处地形地面坡度偏大 以上 6次雷击故障跳闸的杆塔均处 于山区， 地 面坡度偏大 ， 其 中 3 9号、 4 1号杆塔处 于特大 山区， 地面坡度更大 ， 且发生跳闸的相别均处于山坡外侧。 根据 日本的研究结果 ， 地面坡度 0=3 0 。 的绕击率是 0=0 。 的 5 7 3 8 7 9倍。为保证绕击率不变， 地 面 坡度角每增加 1 。 ， 杆塔架空地线对导线的保护角减 小 0 5 。 一1 。 。因此 ， 葛岗线杆塔所处地形地面倾角 偏大是线路绕击的原因， 见表 2 。 裹 2 霄击跳 闸杆塔保护角及地面坡度一览表 注： 地面坡度取 以杆塔 中心沿横担 方向延伸 1 0 0 m地面 高度平均值计算， 若跳闸相在下山坡侧取负值， 反之取正值。 2 4 架空地线放电间隙偏大 葛岗线在运行初期采用架空地线作为载波通讯 及高频保护通道 ， 因此全线架空地线绝缘 ， 通过架空 地线换位降低感应 电压 ， 架空地线绝缘子采用大连 电瓷厂 x d p 7 0 c型带放电间隙绝缘子 ， 经过多年运 行放电间隙普遍变 形导致 间隙增 大 ， 不容 易调整。 过大的放电间隙不利 于直击架空地线 的雷电流泄 放， 造成架空地线或杆塔塔顶雷电压过高反击导线 。 根据现有防雷理论 ， 绝缘架空地线也是造成线路容 - 5 4 易被绕击的原因， 在雷电下行过程中接近架空地线 时 。 由电磁感应原理可知， 架空地线需要感应与雷电 荷极性相反的电荷， 架空地线因为绝缘 ， 不能有效从 地面传导电荷， 因此架空地线感应电荷不足 ， 不可能 与雷电荷有效中和， 雷电荷更容易绕过架空地线直 击于导线 ， 形成绕击造成线路跳闸。 2 5架空地线锈蚀严重 葛岗线经过 2 0年的运行 ， 由于国家工业高速发 展 ， 大气环境污染 日益恶劣， 造成葛岗线全线架空地 线锈蚀严重 ， 靠近宜 昌市城区的小号段锈蚀更加厉 害。葛岗线采用 g j 7 0型镀锌钢绞线作架空地 线， 1 9股 ， 每股直径 2 2 mm， 总截面 7 2 1 9 m m ， 总外径 1 1 0 m m， 计算拉断力 8 5 k n。g j - 7 0型架空地线相 关热稳定参数见表 3 。 裹 3 各 种架空地线热稳定参数 从 3处雷击架空地线断股情况来看 ， 断 口处有 明显的熔断特征， 结合表 3可知 ， g j - 7 0型钢绞线承 受小于 0 1 s的冲击 电流能力为 1 6 5 8 k a， 而雷 电 观测系统提示 ， 葛岗线沿线 落雷普遍小 于 1 0 0 k a 。 从以上分析可知， 雷电流击中架空地线表面， 由于架 空地线锈蚀严重 ， 表面电阻增加 ， 架空地线分流能力 下降 ， 雷电流在架空地线表面产生热效应 ， 温度急剧 升高 ， 造成架空架空地线表面钢丝熔断 ， 形成断股 。 另外 ， 锈蚀的架空地线热稳定性及机械强度下降也 是雷击后容易断股的原因。 2 6杆塔接地电阻值偏大 。 从雷击跳闸杆塔所处地形来看， 全部为山区， 杆 塔周围地质为岩石夹杂少量风化土 ， 土 壤电阻率 p 高达 1 0 0 0 0 n - c m， 接地电阻值满足规程要求的小 于 3 0 n， 普遍为 1 0 n左右 ， 仍然偏大 ， 杆塔雷电冲 击电阻更大。因此 ， 葛岗线大量杆塔处于山区， 接地 电阻值偏大也是造成雷害多发的原 因。 2 7绝缘子 串短、 雷击建弧率高 葛岗线绝缘子型式分别为： 直线塔悬垂串2 5片 l x p - 1 6 0型玻璃绝缘子、 耐张塔横串 2 5片 l x p 2 1 0 型玻璃绝缘子、 耐张塔跳线串 2 7片 l x p - 7 0型玻璃 绝缘子 ， 受杆塔塔头尺寸及窗 口间隙的影响 ， 不能通 过调爬增加绝缘子片数 ， 只是将绝缘子进行了改型 维普资讯 v 0 1 3 o 6 de c 2 0 0 6 湖 北 电 力 箜三 鲞 箜鱼 塑 2 0 0 6 年1 2 月 ( 卷 终 ) 更换 ， 增加整串绝缘子爬 电距 离 ， 但绝 缘子 串长 厶 = 2 5 ( 片)0 1 5 5 m=3 8 7 5 m不变 。根据大量试 验资料证 明， 绝缘子 串的雷电冲击闪络电压和绝缘 子型式关系不大 ， 而主要决定于绝缘子串长。雷 电 击穿绝缘子串的闪络 时间很短 ， 一般情况下继 电保 护装置还来不及反应动作 ， 所以冲击闪络后 ， 只有转 变成稳定的工频电弧后才会引起跳闸 ， 由此说明 ， 跳 闸率与绝缘子串建弧率 7 有关。 而转变为稳定工频 电弧的建弧率 与沿绝缘子串的平均运行 电压梯度 有关 ， 可由公式 田=( 4 5 e 一1 4 )1 0 计算 ， 式 中 为建弧率 ， 为 e绝缘子串的平均运行电压(e= ) ， u 为线电压， 为绝缘子串长。 将葛岗线参 3 数代入公式， 得 r ： 4 5( 一 ) 一1 4 3 x 3 8 7 5 1 0 =1 0 0 1 2 。 由计算可知 ， 葛岗线绝缘子 串遭受雷 电冲击闪 络后 ， 转 变成稳定 的工频 电弧 的建弧率 为 1 0 0 。 因此， 葛岗线绝缘子串短、 雷击建弧率高是造成线路 雷击跳闸多发的重要原因。 3 防雷措施 将锈蚀严重地段的架空地线进行分期分批的更 换， 确保雷击不会造成架空地线断股引发其它的事 故 ， 并确保架空地线可靠泄流 ， 降低线路反击概率。 对接地电阻无法进行专项改造的杆塔或地段 ， 采取在导线下方架设耦合地线的方式。 对杆塔保护角大于 1 4 。 、 地面坡度大于 2 o 。 的杆 塔 ， 通过安装可控放 电避 雷针或 防绕击 避雷针 的方 式 ， 降低线路绕击的概率 。 对 于以上措施都解决不了的特殊地段 ， 而且遭 受雷击概率较高 的杆塔 ， 在杆 塔上安装 5 0 0 k v型 z n o避 雷 器 。 参考文献 】 1 寻凯， 何成华 绕击是造成湖北 区域 5 0 0 k v线路雷 击跳闸的主要原因 j 中国电力 。 2 0 0 0 ， ( 6 ) 2 陶元 患 ， 包 建强 主编 输 电线 路 绝缘 子 运行 技术 手 册 m 中国电力出版社 ， 2 0 0 3 ( 上接第 5 2页) 但是经过一段时间的运行发现这样的结构还是存在 不足之处。首先是 闷头上钻 的小孔在丝扣末端 。 降 低了闷头于阀门间的气密性能 ， 而且 由于孔洞很小 ， 在放水时很难判断积水是否已经全部排完； 其次是 闷头上加装的密封 圈在初期 阶段密封很好 ， 但是经 过几次放水之后容 易变形 ， 有的密封 圈还 出现 了断 裂。l w1 5型断路器属于户外 型 5 0 0 k v断路器 ， 运 行条件相对恶劣 ， 橡皮垫 圈更是加速老化。实际运 行寿命只有 1 8周。 2 2 双阀设计改造结构 经分析 ， 发现放水 阀门的主要缺陷是结构问