输电线路差异化防雷技术培训20110411

1、2011年度输电线路运行分析暨运维新技术培训会议文件（交流材料）输电线路差异化防雷技术培训（2011年4月15日）国网电力科学研究院国网电力科学研究院坚持面向建设以超、特高压为电网核心的坚强智能电网的重大技术需求，瞄准雷电监测与防护前沿基础理论研究、电网雷电灾害风险评估及防护策略制定、雷电监测与防护重大关键技术的开发和应用，针对雷电监测与防护领域中的基础问题、关键问题、前沿问题和实际问题在雷电监测与防护的基础理论、分析方法、仿真计算、标准制订、工程应用、装备研发与推广等方面开展系列研究，并取得了一系列的创新性成果。国网电力科学研究院始终以保障我国坚强智能电网安全稳定运行为使命，针对目前依然严峻

2、的防雷形势，持续开展防雷综合研究工作，为运行单位量身打造全方位的输电线路防雷管理、运行和改造的技术与策略，以期解决电网雷击跳闸和故障的普遍难题。一、引言近年来，随着电网的快速发展和强对流天气的增多，雷害故障呈现出一些新的特点，雷击造成的线路两相闪络、同塔双回线路同时闪络、同一输电通道多回线路相继跳闸等严重故障明显增加，高电压、长距离、大容量输电线路防雷工作面临新的课题。为此，需要根据输电线路在电网中的重要程度、线路走廊雷电活动强度、地形地貌及线路结构等差异，有针对性的开展架空输电线路防雷设计、建设、运行、改造工作。为规范架空输电线路差异化防雷工作，进一步提高输电线路防雷技术及管理水平，国网公司

3、生技部于2011年初下发了架空输电线路差异化防雷工作指导意见（简称指导意见）。指导意见中明确提出输电线路防雷工作总体思路为：坚持预防为主、综合治理的原则，全面开展架空输电线路差异化防雷工作，实现不同区域、不同电压等级、不同重要性线路耐雷水平和防雷措施的差异化配置，提高核心骨干网架、战略性输电通道、重要负荷供电线路的防雷水平，减少雷害造成的电网和设备故障，保障大电网安全可靠运行。为切实贯彻本指导意见，各单位应开展的重点工作包括：1）加强雷电监测及雷害统计分析，开展雷区分布图绘制工作；2）开展输电线路雷害风险评估；3）积极推进新建线路差异化防雷设计；4）加强在运线路差异化防雷治理改造。针对指导意见

4、中提出的重点工作，特进行本次输电线路差异化防雷技术培训，以便各单位更好的理解“差异化防雷”思想，加快推进差异化防雷技术实施。二、地闪密度分布图绘制（一）技术背景雷电监测系统从上世纪八十年代发展至今，已经建立了覆盖主体电网的雷电监测网，积累了大量雷电监测数据，成为我国不可多得的表征雷电分布规律的珍贵基础数据，为实现输电线路防雷差异化设计提供了必不可少的依据。为规范雷区等级划分和雷区分布图绘制方法，及时掌握各地区雷电活动水平和分布特征，指导输电线路雷电防护设计、运行及改造，推行架空输电线路的差异化防雷治理策略，进一步提升国家电网公司的防雷技术水平和效果，公司计划编制了雷区分级标准与雷区分布图绘制规

5、则企业标准。其中，雷区分布图包括地闪密度分布图和电网雷害图两类。地闪密度分布图指依据雷电定位系统多年监测数据，经过数据分析处理后，对自然区域内的雷电进行统计，并按照一定的分级原则绘制的落雷密度分布图，表征地面各区域的地闪密度大小。（二）主要内容1. 地闪密度等级划分原则基于地闪密度（Ng）值，将雷电活动频度从弱到强分为4个等级，7个层级：地闪密度等级地闪密度层级Ng范围(次/(km2·a)对应雷区等级对应雷电日Td范围（天）A级A级Ng < 1.0少雷区Td< 15B级B1级1.0Ng <2.0中雷区15Td <40B2级2.0Ng <3.0C级C1级3

6、.0Ng <5.0多雷区40Td <90C2级5.0Ng <8.0D级D1级8.0Ng <11.0强雷区Td 90D2级Ng 11.02. 地闪密度分布图绘制一般要求a）地闪密度分布图以各省电力公司为基本单位绘制，各区域电网公司的地闪密度分布图应在各省地闪密度分布图的基础上综合获得；各行政市的地闪密度分布图在各省公司已绘制的地闪密度分布图的基础上分割获得。b）地闪密度分布图技术以各地雷电监测系统至少35年监测数据为基础。c）地闪密度分布图以当地年平均地闪密度分布为基础进行绘制。e）地闪密度分布图应每年进行一次更新。f）地闪密度分布图的绘制采用网格法，网格分辨率根据统计对

7、象大小和实际需求适当选择；以省域为对象时，网格分辨率在0.01°×0.01°0.05°×0.05°范围内选择。g）在各地地闪密度分布图绘制过程中，应注意四周的雷电探测效率问题，在有条件的地区尽量使用联网数据绘制以保障当地边界地区的探测效率。（三）应用情况在我国，国网电力科学研究院从2004年底开始系统进行基于自动雷电监测数据进行雷电参数和雷电活动分布规律的研究，开发了雷电数据专家分析系统，可基于海量雷电数据自动统计各种典型雷电参数的时间、空间分布；并先后与福建、陕西、浙江、华北、江苏、湖北等网省公司合作，统计分析了当地历年雷电分布特征

8、，绘制了各地高分辨率地闪密度分布图，为指导当地防雷设计和改造、新建输变电设备选址发挥了重要作用。图1 浙江20052009年地闪密度分布图图2 京津唐地区20052008年地闪密度分布图三、电网雷害图技术电网雷害图技术是利用电网雷害图指导电网防雷设计和改造的一种技术。电网雷害图，是指将危害电网的雷电按照其危害程度进行划分得出的分布图，该分布不同于用雷电日划分的雷区分布或用地闪密度表示的雷电分布，而是按电网雷击闪络类型给出的电网绕击或反击雷害的分级与分布。电网雷害图按雷害性质可分为：电网绕击雷害图和电网反击雷害图；按电压等级可分为：220kV电网雷害图、500kV电网雷害图等。（一）技术原理电网

9、雷害的发生与雷电活动的频繁程度、雷电属性（雷电流幅值、回击、极性等）、地质地形地貌特征、系统运行状态及防雷措施等因素有关。电网雷害图是以雷电定位系统长期自动监测数据为基础，依据电网绝缘水平，确定电网雷击闪络危险电流范围，采用网格法统计得到在危险电流范围内的地闪密度分布，即电网雷害分布；再利用数据分类方法，并结合雷击事故记录、地质地形地貌特征等因素，对电网雷害分布进行分级，以地理图的形式表征该电网雷害分级与分布特征，从而得到电网雷害图，绘制基本思路如图3所示。电网雷害图技术即以电网雷害图所表征出的不同区域电网雷害的分布和分级特征，指导电网进行针对性的防雷配置。图3 电网雷害图绘制基本思路（二）雷

10、害风险等级划分雷害风险等级划分根据危险雷电密度分布、运行经验、地形地质地貌概况三大因素综合考虑，三者置信度依次降低。1. 分级原则1）危险雷电分布在地闪密度分布和雷电流幅值分布基础上绘制，针对引起线路跳闸的绕击电流段和反击电流段分别进行计算统计分析。定义危险电流密度为Ngc，反击危险电流密度为Ngc1，绕击危险电流密度为Ngc2，则：，其中：Ng地闪密度；P1超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；P2绕击危险电流出现的概率。可见危险电流密度分布综合了地闪密度分布和危险电流发生概率两个因素的影响。2）运行经验运行经验主要依据已有运行输电线路的雷击跳闸率和雷击事故记录、采用的防雷措施等情况而定。

11、依据运行经验，对由危险雷电分布确定的等级进行调整，将出现雷击故障的附近区域电网雷害风险提升一级。3）环境特征同一电压等级线路，还需要考虑线路具体走向、地形地质地貌、接地电阻、绝缘子数量等因素的影响，并据此对前面确定的等级进行局部适度调整。2. 分级标准电网雷害风险分级标准如表1所示。表1 电网雷害风险分级标准级危险雷电密度小（对应地闪密度A级），线路雷击跳闸概率低；级危险雷电密度较小（对应地闪密度B1、B2级），线路雷击跳闸概率较低；级危险雷电密度较大（对应地闪密度C1、C2级），线路雷击跳闸概率较高；级危险雷电密度大（对应地闪密度D1、D2级），线路雷击跳闸概率高。（三）应用情况在我国，20

12、06年由华北电网有限公司立项，国网武汉高压研究院和华北电力科学研究院共同合作，率先开展针对华北地区的电网雷害图技术的研究，于2007年在国内外首次提出电网雷害图技术，绘制出华北电网雷害图，并依据雷害图编制了华北地区雷区分级标准与高压架空线路防雷配置原则，应用于所辖输电线路防雷配置设计与改造。华北地区2003年2006年500kV电网雷害图如图4所示。图4 华北地区2003年2006年500kV电网雷害图（四）技术前景科学的电网雷害图技术是提高当前雷电防护措施针对性，实现电网“差异化防雷”，提高防雷技术经济性和有效性的重要手段，也是当前雷电防护工程领域一直迫切渴望得到的一项技术。电网雷害图技术应

13、广泛推广应用。在雷电数据长期积累的情况下，各地区应着手绘制电网雷害图，同时在此基础上进一步制定相应的防雷配置原则，为防雷设计、运行和改造提供参考和依据，改善目前防雷措施简单、粗放的现状。四、差异化防雷设计（一）应用背景早期输电线路防雷设计中，主要以典型杆塔在典型地形地貌和传统雷电参数下计算得到的耐雷水平和雷击跳闸率作为防雷性能评价指标。但这样的计算结果无法反映线路走廊沿线各个区域的雷电活动特征、地形地貌特征、杆塔结构特征和绝缘配置的差异性，据此做出的防雷设计方案往往无法达到预期效果，实际运行中易成为雷害高发线路。由于电网雷电监测系统长期积累的海量雷电监测数据已成为雷电参数统计的基础资料，国网电

14、力科学研究院从2004年底开始系统开展基于海量自动监测数据的雷电基础参数研究，相继分析过福建、陕西、京津唐、海南、浙江、江苏、云南等电网，并取得了良好的效果。因此，新建线路防雷设计应采用基于雷电监测数据绘制的雷区分布图作为雷电参数设计依据，同时以全线逐基杆塔雷害风险评估取代典型杆塔防雷性能计算。（二）主要内容新建输电线路应采用雷区分布图和雷害评估技术取代传统雷电日和雷击跳闸率经验计算公式，并按照线路在电网中的位置、作用和沿线雷区分布，区别重要线路和一般线路进行差异化防雷设计。线路防雷设计应按照沿线雷区分布，合理确定线路绝缘水平、地线保护角、杆塔接地电阻。重要线路还应利用数字仿真手段进行线路、杆

15、塔的反击、绕击跳闸率校核，优化设计方案，对于不满足运行要求的区段或杆塔应适当提高耐雷水平或增加防雷措施。（三）防雷措施配置原则1. 重要线路1）地线保护角重要线路应沿全线架设双地线，地线保护角一般按表2选取。表2 重要线路地线保护角选取雷区分布电压等级杆塔型式地线保护角AB2110kV单回路铁塔10同塔双（多）回铁塔0钢管杆20220kV330kV单回路铁塔10同塔双（多）回铁塔0钢管杆15500kV750kV单回路5同塔双（多）回0C1D2对应电压等级和杆塔型式可在上述基础上，进一步减小地线保护角。对于绕击雷害风险处于级区域的线路，地线保护角可进一步减小。两地线间距不应超过导地线间垂直距离的

16、5倍，如超过5倍，经论证可在两地线间架设第3根地线。2）绝缘配置新建线路应在满足交叉跨越距离及塔头空气间隙的条件下适当增加绝缘子片数或复合绝缘子干弧长度。多雷区（C1-C2区域）线路使用复合绝缘子时，干弧距离应加长10%15%，或综合考虑在导线侧加装12片悬式绝缘子。500kV复合绝缘子的干弧距离不宜小于4340mm（相当于28片结构高度为155mm的悬式瓷或玻璃绝缘子的串长）；220kV复合绝缘子的电弧距离不宜小于2044mm（相当于14片结构高度为146mm的悬式瓷或玻璃绝缘子的串长）；110kV复合绝缘子的电弧距离不宜小于1022mm（相当于7片结构高度为146mm悬式瓷或玻璃绝缘子的串

17、长）。强雷区（D1-D2区域）在满足风偏和导线对地距离要求的前提下，线路使用复合绝缘子时，干弧距离应加长20%，或综合考虑在导线侧加装3-4片悬式绝缘子。处于C1及以上雷区的同塔双回线路，可在具有正常绝缘的一回线路上适当增加绝缘以形成不平衡高绝缘，从而减少雷击引起双回线路同时闪络跳闸的概率。3）接地电阻新建线路：每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时不宜超过表3所列数值。表3 重要线路杆塔新建时的工频接地电阻土壤电阻率（·m）1001005005001000100020002000接地电阻（）1015202530注：如土壤电阻率超过2000·m，接地电阻很难降到30时

18、，可采用68根总长不超过500m的放射形接地体，或采用连续伸长接地体，接地电阻可不受限制。4）线路避雷器安装线路避雷器是防止线路雷击闪络的有效措施，宜根据技术-经济原则因地制宜的制定实施方案。在强雷区（D1-D2区域）的新建线路，当采取减小地线保护角、增加绝缘配置、降低接地电阻等防雷措施后仍无法满足运行要求时，可加装线路避雷器。线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器，其在杆塔上的安装方式为：-110、220kV单回线路必要时宜在3相绝缘子串旁安装；-330750kV 单回线路可在两边相绝缘子串旁安装；-同塔双回线路宜在一回路线路绝缘子串旁安装。2. 一般线路1）地线保护角除A级雷区外，220kV及

19、以上线路一般应全线架设双地线。110kV线路应全线架设地线，在山区和D1、D2级雷区，宜架设双地线，双地线保护角需按表4配置。220kV及以上线路在金属矿区的线段、山区特殊地形线段宜减小保护角，330kV及以下单地线路的保护角宜小于25°。运行线路一般不进行地线保护角的改造。表4 一般线路地线保护角选取雷区分布电压等级杆塔型式地线保护角AB2110kV单回铁塔15同塔双（多）回铁塔10钢管杆20220kV330kV单回铁塔15同塔双（多）回铁塔0钢管杆15500kV750kV单回10同塔（多）双回0C1D2对应电压等级和杆塔型式可在上述基础上，进一步减小地线保护角。2）绝缘配置按照相

20、关标准实行防雷绝缘配置。3）接地电阻新建线路：每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过表5所列数值。表5 一般线路杆塔新建时的工频接地电阻土壤电阻率（·m）1001005005001000100020002000接地电阻（）1015202530注：如土壤电阻率超过2000·m，接地电阻很难降低到30时，可采用68根总长不超过500m的放射形接地体，或采用连续伸长接地体，接地电阻不受限制。4）绝缘子并联间隙对于跳闸后对电网影响较小且运行维护困难的山区线路，当其全线大多处于C2及以上雷区时，经充分论证可全线采用绝缘子并联间隙作为防雷保护。安装并联间隙时，如需增加绝

21、缘子以提高绝缘水平时，应对弧垂、交叉跨越距离、塔头空气间隙等进行校核。同塔双回线路，可选择雷害风险较高的一回进行安装。但对于同塔双回线路耐张塔，500kV线路不宜安装并联间隙, 110kV、220kV 同塔双回耐张塔仅在上相安装。单回路耐张塔绝缘子串仅在绝缘子串向上的一侧安装并联间隙。直线塔的绝缘子串并联间隙一般应顺导线布置，且绝缘子串两侧均需安装。（四）应用情况基于国网电力科学研究院在雷电监测网与雷电监测数据挖掘方面的成果，在2006年1000kV特高压交流试验示范工程和2009年皖电东送输变电工程预研时，基于全国雷电监测平台，分别统计分析了特高压试验示范工程、皖电东送输变电工程沿线雷电参数

22、（如图5、图6所示），提出了分析线路走廊沿线雷电活动特征的“线路走廊网格法”，统计得到了中线特高压、东线特高压工程沿线随地理气候变化，各个区段的雷电日、地闪密度、雷电流幅值累积概率分布等雷电参数及雷电活动时空分布特征，获得了易击段和易闪段。研究成果为交流特高压工程的雷电防护设计提出了重要、针对性强、防雷领域十分缺乏的防雷基础参数和防雷重点区段，改变了以往雷电防护设计因缺乏对线路雷电活动的了解而偏向盲目的状况，为沿线地形复杂、跨度很大的特高压工程实现针对性的、差异化的防雷设计奠定了基础。中线特高压自2008年底投运至今尚未发生雷击跳闸故障。图5 中线特高压20022005年4年平均地闪密度分布图

23、6 东线特高压20052008年3年平均地闪密度分布图五、差异化防雷评估与治理技术输电线路差异化防雷评估与治理技术是以雷电监测为基础，以输电线路雷击闪络风险评估为手段，根据输电线路电压等级、在电网中的重要性和作用，以及线路走廊的雷电活动强度、地形地貌及线路结构的不同，有针对性的进行架空输电线路防雷评估与治理工作。（一）应用背景如何有效的评估输电线路防雷性能以及如何提高防雷改造效果是电网运行人员一直高度重视的问题。近年来架空输电线路雷击跳闸严峻的形势，使得每年都有多条线路被其运行单位列为亟待进行防雷改造的对象。以往针对输电线路防雷，多注重于典型杆塔防雷性能的计算和分析以及防雷措施的提出，对于线路

24、的整体防雷策略则研究较少，因此，在对实际运行中雷击跳闸率超过设计标准的线路提出改造时，因不易掌握输电线路走廊雷电分布特征和各级杆塔防雷性能，从而无法明确确定各级杆塔雷击闪络的风险等级以及决定风险的因素，一般只能根据往年的跳闸记录运行经验确定改造方案。据此做出的输电线路防雷综合改造策略，针对性和技术经济性都有待进一步提高，且无法明确投入与预期效果的定量关系以及给出改造后“是否还会出现雷击跳闸”、“雷击跳闸率降到多少是合理的”的结论，对各级生产技术管理部门在决策输电线路防雷工作时造成了不便。针对上述问题，国网电力科学研究院于2007年对典型电网的雷击故障、雷电活动分布特征、相关地形地貌进行了较为仔

25、细的调查和分析，基于架空输电线路的雷击故障以及线路走廊的雷电活动、线路特征等均存在的明显差异提出了输电线路差异化防雷评估与治理技术。（二）主要内容输电线路差异化防雷评估与治理技术以“差异化防雷”的思想为指导，该技术以“降低雷击跳闸率和雷击事故率、提高防雷改造的技术经济性、明确投入与预期效果的定量关系”为主导思想，基于雷电定位系统长期监测数据，统计分析输电线路全线走廊雷电分布规律，结合线路特征参数等，选择合适的防雷计算分析方法，逐基杆塔进行防雷性能评估，确定各级杆塔防雷安全等级及其决定因素；依据现有防雷措施技术特点，采取针对性防护措施配置，制定多套具有不同特点防雷改造方案，并进行技术经济性评价，

26、依据改造目标和管理要求，确定出最佳改造方案，明确给出投入与预期效果的定量关系，最终形成输电线路防雷治理策略。输电线路差异化防雷评估与治理技术的具体流程如图7所示，其主要内容包括：图7 输电线路差异化防雷评估与治理技术流程图1. 输电线路参数统计参数统计包括线路走廊雷电参数统计和线路特征参数统计两部分。雷电参数统计是基于雷电监测系统运行积累的雷电资料，以网格的形式对线路走廊进行划分，统计、分析并获取能反映该线路走廊不同时间、不同区域雷电活动特征的地闪密度、雷电流幅值累积概率分布等雷电参数。线路特征参数即线路基本信息、杆塔结构及绝缘、走廊地形地貌等参数，这些参数主要通过线路运行或设计部门获取。2.

27、 输电线路雷击闪络风险评估在参数统计的基础上，综合考虑线路的地形地貌特征、绝缘特征等因素，采用合适的防雷计算分析模型对线路逐基杆塔进行防雷计算，得到每基杆塔的雷击跳闸率，并根据设定的评估标准，评估每基杆塔的耐雷性能，结合杆塔所处地区雷电活动参数、杆塔结构、绝缘配置、地形地貌特征给出耐雷性能弱的杆塔易闪络的原因。3. 输电线路防雷措施配置及方案制定以防雷性能评估结果为基础，结合分析得到的杆塔易闪络的原因以及各种防雷措施的特点，确定针对性的防雷措施以及治理方案。4. 输电线路防雷配置方案技术经济性评价及综合治理策略对防雷改造方案之后的雷击跳闸率再次进行计算，评价防雷配置方案的技术经济性，评估防雷改

28、造的效果，提出防雷综合治理策略。（三）防雷措施配置原则架空输电线路的防雷措施应按照输电线路在电网中的重要程度、线路走廊雷电活动强度、地形地貌及线路结构的不同，进行差异化配置，重点加强重要线路以及多雷区、强雷区内杆塔和线段的防雷保护。1. 重要线路1）接地电阻运行线路：对经常遭受反击的杆塔在进行接地电阻改造时，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时不宜超过表6所列数值。不宜使用降阻剂降低接地电阻。表6 易击杆塔改造后的工频接地电阻土壤电阻率（·m）1001005005001000100020002000接地电阻（）7101515152）线路避雷器运行线路宜在下列地点安装：-多雷地

29、区发电厂、变电站进线段且接地电阻较大的杆塔；-山区线路杆塔接地电阻过大、易发生闪络且改善接地电阻困难也不经济的杆塔；-多雷区（C1-C2区域）同塔双回路线路易击段的一回线路的杆塔。线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器，其在杆塔上的安装方式为：-110、220kV单回线路必要时宜在3相绝缘子串旁安装；-330750kV单回线路可在两边相绝缘子串旁安装；-同塔双回线路宜在一回路线路绝缘子串旁安装。2. 一般线路1）接地电阻运行线路：对经常遭受反击的杆塔在进行接地电阻改造时，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时不宜超过表6所列数值。不宜使用降阻剂降低接地电阻。2）绝缘子并联间隙对于跳闸后对电网

30、影响较小且运行维护困难的山区线路，当其全线大多处于C2及以上雷区时，经充分论证可全线采用绝缘子并联间隙作为防雷保护。安装并联间隙时，如需增加绝缘子以提高绝缘水平时，应对弧垂、交叉跨越距离、塔头空气间隙等进行校核。同塔双回线路，可选择雷害风险较高的一回进行安装。但对于同塔双回线路耐张塔，500kV线路不宜安装并联间隙, 110kV、220kV 同塔双回耐张塔仅在上相安装。单回路耐张塔绝缘子串仅在绝缘子串向上的一侧安装并联间隙。直线塔的绝缘子串并联间隙一般应顺导线布置，且绝缘子串两侧均需安装。3）线路避雷器一般线路不推荐使用线路避雷器。在雷害高发的线路区段，当其它防雷措施已实施但效果仍不明显时，经

31、充分论证后方可安装线路避雷器。（四）应用情况输电线路差异化防雷评估与治理技术充分考虑了输电线路时间与空间的差异，综合考虑了输电线路的雷电活动、线路结构、地形地貌等各种因素及特征，采用了基于雷电监测系统监测数据统计分析获取的雷电参数，对输电线路逐基杆塔进行了防雷计算，反映了输电线路各基杆塔的相对防雷性能强弱，可有效的帮助输电线路设计和运行部门更加细致的、有针对性的采取防雷措施来提高线路防雷性能。近三年多来，该技术已在华北、华东、湖北、陕西等多个单位推广应用。1）2008奥运保电，华北电网采用输电线路差异化防雷技术及策略对雷击故障次数较多的500kV线路进行雷击闪络风险评估，指导防雷改造重点方向。

32、2）2008年，陕西省电力公司采用输电线路差异化防雷技术及策略，针对330kV雷击跳闸率较高线路进行雷击闪络风险评估，提出了防雷综合改造措施。3）2009年，华东电网以差异化防雷技术为手段，对500kV双回沥富沥阳线进行雷击闪络风险评估，制定多套不同技术经济性改造方案供防雷治理参考。4）近年来，三峡电站出线区域500kV输电线路雷击跳闸频发。2009年在国网公司领导下，湖北省公司组织国网电科院及湖北超高压公司以差异化防雷技术对三峡近区500kV出线防雷治理进行研究和措施制定，以降低雷击跳闸率。通过比较专项改造前后雷击故障特点，专项改造后处于改造范围内的故障数同比下降44.4%，如图8所示。图8

33、 三峡近区500kV电网防雷治理效果评估5）三沪直流输电线路（原葛南直流）近年来为满足华东地区日益增加的用电负荷进行了增容改造，提高输送容量至3000MW。增容改造后三沪直流采用同塔双回布置，在防雷性能方面较单回线路有所变化。2011年初在国网公司领导下，以国网电科院为技术依托，联合湖北、安徽、江苏、上海公司启动三沪直流防雷综合评估研究，以提高线路防雷性能。2010年以来，华中电网有限公司、安徽省电力公司、四川省电力公司、宜昌供电局等单位继续联合国网电力科学研究院基于输电线路差异化防雷评估与治理技术，结合所辖线路的具体情况和需求开展输电线路的防雷治理工作，以指导输电线路防雷设计和改造，推动电网

34、防雷工作向更加科学、合理、经济的方向发展。（五）差异化防雷评估实例以某500kV线路（以下简称甲线路）为例进行差异化防雷技术方法分析。该线路全长208.6km，共452基杆塔，在20032007年共发生雷击跳闸3次，均为2006年发生，且都是边相闪络，运行管理部门认定跳闸原因为绕击。三次故障发生的故障杆塔、故障时间如表7所示。表7 甲线路20032007年雷击故障统计情况故障杆塔故障时间跳闸原因143#2006/7/24；13:42绕击247#2006/5/24；21:15绕击249#2006/7/23；15:38绕击1. 线路走廊雷电参数统计利用“线路走廊网格法”，结合雷电定位系统20032

35、007年沿线地闪数据，将线路自西至东以0.1°×0.1°网格划分为22段，依次编号为1#22#。1）线路走廊雷电流幅值累积概率分布甲线路20032007年每年和五年平均雷电流幅值累积概率分布如表8所示，图9是对应的雷电流幅值累积概率曲线。图9 雷电流幅值概率分布曲线表8 甲线路走廊每年雷电流幅值累积概率分布由表8和图9可以看出，雷电流幅值累积概率分布每年都有变化，且与IEEE推荐的参数也有差别。2）甲线路走廊地闪密度分布甲线路走廊20032007年各年及平均年沿线各网格地闪密度分布如图10所示，图中蓝色点表示当年该线出现的雷击故障点。(a) 2003年(b) 20

36、04年(c) 2005年(d) 2006年(e) 2007年(f) 五年平均图10 甲线路走廊20032007年各年及平均年地闪密度分布故障杆塔分别位于线路的第7、13段，而在2006年这两年线路的地闪密度很大，可见甲线路走廊地闪密度分布与雷击故障相关性较强。而五年综合地闪密度最大的为线路的第7、19、20段，设定这三段即为线路的“易击段”，即线路中容易遭受雷击的部分。2. 线路特征参数统计甲线路特征参数需要统计线路基本信息、杆塔结构及绝缘、走廊地形地貌等参数，这些参数主要通过线路运行或设计部门获得。3. 线路雷击跳闸率的计算甲线路实际运行中没有反击引起的线路跳闸，计算只考虑绕击跳闸率。绕击计

37、算采用电气几何模型对易击段进行逐塔绕击特性分析。甲线各易击段（#130#150；#375#391；#392#416）20032007年每年的绕击跳闸率以及这五年的平均绕击跳闸率，计算结果如图11所示。(a) 2003年(b) 2004年(c) 2005年(d) 2006年(e) 2007年(f) 五年平均图11 20032007年易击段平均绕击跳闸率甲线易击段各杆塔每年的绕击跳闸率一般不同，绕击跳闸率随雷电活动强弱的变化而变化。该线2005年和2006年的绕击跳闸率明显高于其他年份，而雷电活动比较弱的2003年杆塔的绕击跳闸率普遍都很小。4. 发生雷击跳闸杆塔的跳闸原因分析针对实际运行中该线路

38、发生雷击跳闸的三基杆塔，分析了雷击跳闸的主要原因，如表9所示。表9 雷击跳闸杆塔绕击性能分析故障杆塔塔型闪络类型2006年杆塔处Ng绕击率绕击跳闸率呼高（m）保护角地形地貌跳闸主要原因分析#143ZBG绕击5.540.081502711.4°山丘爬坡雷电活动剧烈、地闪密度大#247ZBG绕击3.070.79360.6224210.9°大山山顶处于大山的山顶、地面倾角大、杆塔高度高#249J绕击3.070.58990.4122715.9°大山山顶处于大山的山顶、地面倾角大、保护角大5. 防雷性能评估甲线路防雷性能分级方法如表10。表中S=0.14×90%=

39、0.126次/(100km·a)，绕击防雷性能等级A、B、C、D依次递减，A级的防雷性能最强，D级的防雷性能最弱。表10 防雷性能分级方法绕击跳闸率P<0.0630，S*0.5)0.063<=P<0.126s*0.5，S)0.126<=P<0.189S，S*1.5)P>=0.189S，)等级ABCD根据该线路20032007年每年及五年平均的绕击跳闸率计算结果进行综合评估，得到整条甲线路五年的防雷性能等级，如表11所示。表11 甲线绕击防雷性能评估结果线路名称时间绕击跳闸率计算结果（次/(100kma)）防雷性能评估结果跳闸次数某500kV线路20

40、030.0790668B020040.1238809B020050.2419294D020060.3255197D320070.1198156B0平均0.1757385C3运行经验0.1800720C3对于甲线三段易击段共63基杆塔进行防雷性能评估，其中防雷性能等级为D级有17基杆塔，C级的有1基杆塔，B级的有6基杆塔，其余39基均为A级。D级杆塔绕击跳闸率较大的原因多为呼高过高和杆塔位于跨山谷的复杂地貌区域。（六）差异化防雷治理实例以某500kV输电线路（以下简称乙线路）为例，对输电线路差异化防雷配置进行详细阐述。1. 线路信息乙线路为同塔双回线路，全线架设双地线，地线对边导线保护角小于5&

41、#176;，雷电日设计值为50。线路地形地貌以丘陵和山地为主，另有小部分平地、河网和高山大岭，如图12所示。乙线2006年6月投运，全长153.4km，20062008年共发生跳闸2次，皆为绕击，线路单回雷击跳闸率为0.2173次/(100km·a)。按照国家电网公司发布的110(66)kV500kV架空输电线路管理规范（简称规范）中第八十九条中500kV线路跳闸率规定值0.14次/(100km·a)（40雷电日），归算到乙线路设计值50雷电日为0.187次/(100km·a)，乙线没有达标。根据雷电定位系统雷电参数统计得到，20062008年沿线路走廊地闪密度分

42、布如图13所示，沿线各区段都在8次/(km2·a)，最大为14.56次/(km2·a)；雷电流幅值概率曲线为P(>I)=1/(1+(I/17.3)1.8)。图12 乙线路地形地貌图13 20062008年乙线路平均地闪密度2. 防雷安全风险评估乙线路发生的两次雷击故障均为绕击，着重对乙线路的绕击风险进行评估。首先利用差异化防雷性能评估方法，对该线路的绕击跳闸率进行了计算。以计算得到的线路平均绕击跳闸率0.325次/(100km·a)为参考，以50、100、150为分级点将绕击性能分为A、B、C、D四个等级。图14是计算得到的全线各级杆塔绕击跳闸率以及所评估出

43、的风险等级，A、B、C、D各级的杆塔数量比例为48.1%、11.6%、11.6%、28.7%，也即有48.1%的杆塔具有相对较好的防雷性能，有28.7%的杆塔防雷性能不理想，雷击闪络风险很高。一般影响线路绕击风险的主要因素有地闪密度、雷电流幅值概率分布、保护角、地形地貌（地面倾角）、绝缘水平、杆塔高度等，乙线路绕击风险评估结果表明，影响各级杆塔绕击风险的主要因素集中于地闪密度、地形地貌。图14 各级杆塔绕击跳闸率计算结果及风险等级分布3. 改造原则提出根据乙线路运行管理要求，乙线路防雷改造方案以降低输电线路雷击跳闸率为目的，主要降低绕击跳闸率。结合线路已有雷击跳闸记录，按照杆塔防雷安全风险评估

44、结果以及考虑线路重要特征等因素，确定需要进行防雷改造杆塔的范围和顺序依次为：1）遭受过雷击的杆塔；2）风险评估等级为D的大跨越（档距>1000m）杆塔；3）变电站进、出线段的杆塔；4）风险评估等级为D的其他杆塔；5）风险评估等级为C的杆塔。4. 针对性防雷措施选择目前应用于500kV线路防雷措施主要有以下几种：1）减小保护角；2）提高线路绝缘水平；3）降低杆塔接地电阻；4）架设旁路或耦合地线；5）加装并联间隙；6）安装塔头避雷针；7）加装线路避雷器。这些防雷保护措施各有特点，根据乙线路风险决定因素及措施特点，各种措施选择分析如下：1）减小保护角：通常是降低线路绕击跳闸率比较有效的方法，但

45、对于已建线路，其可行性较差，且对于山区地面倾角较大的杆塔，受塔头设计限制无法大幅度降低保护角。乙线路保护角已在5°以下，减小保护角技术经济性不高，故不选择该措施。2）提高线路绝缘水平：可增加绝缘子雷电冲击放电电压，提高线路耐雷水平。乙线路已采用高绝缘方式，故不选择该措施。3）降低杆塔接地电阻：是基本的线路防反击措施，对防绕击没有作用。乙线路改造原则是降低绕击风险，故不选择该措施。4）架设旁路或耦合地线：架设旁路地线可增强对导线的屏蔽作用，具有防绕击能力；架设耦合地线主要提高线路耐雷水平。二者存在造价高、施工困难、受地形条件限制、线路电能损耗增加、可能需要砍伐树木、运行维护工作量和难度

46、增大等缺点。考虑乙线路地形和运行维护要求，故不选择该措施。5）加装并联间隙：作用主要是雷击闪络时保护绝缘子不受损坏，可降低线路雷击事故率，且提高重合闸成功率。对于现有线路，安装并联间隙会短接部分绝缘子，可能导致雷击跳闸率增大。乙线路改造原则是降低雷击跳闸率，故不选择该措施。6）安装塔头避雷针：有效提高杆塔引雷能力，增强杆塔对其附近导线的雷电屏蔽能力，从而降低绕击率和绕击跳闸率，同时，由于能发生绕击的雷电流一般较小，接地电阻值控制在允许范围内时被吸引至杆塔时也不会产生反击闪络，不增加反击跳闸率；塔头避雷针安装方便，且免维护，且乙线路已在部分杆塔采用该措施，受到运行单位好评，故选择其作为乙线路防雷

47、改造主要措施之一；但应注意控制好杆塔接地电阻，对不合格杆塔应进行降阻改造，以确保塔头避雷针发挥更好的防护效果。7）安装线路避雷器：可较大提高线路耐雷水平，有效降低线路绕击和反击跳闸率，减少线路雷击事故率，但存在造价高、运行维护困难等缺点。根据乙线路防雷改造原则，将其作为另外一项主要措施，用于重点杆塔的改造。5. 备选改造方案制定按照改造原则确定的改造杆塔的范围和顺序，依次选择安装不同数量的塔头避雷针和线路避雷器，可制定出多套具有不同特点备选方案。表12给出了四套方案，改造杆塔总数量都为120基，塔头避雷针数量逐渐减少，线路避雷器数量逐渐增多。表12 四套备选防雷改造方案方案改造杆塔总量塔头避雷

48、针线路避雷器安装数量杆塔数量安装数量杆塔数量一12023611832二1202141072413三120192964524四1201849251286. 技术经济性评价由于塔头避雷针和线路避雷器具有较大不同的改造效果和造价，因此，四套备选方案技术经济性也有很大不同。按照风险评估方法对四套方案进行了再次评估，如表13所示。以规范中归算到50雷电日时0.187次/(100km·a)为达标标准，四套方案皆已达标。方案一直四，优于标准的百分比依次增加，技术性增强，同时，改造费用也依次增加，经济性降低。7. 投入与预期收效确定根据乙线路防雷改造目标与经费预算，可在四种改造方案中选择其一，表13

49、已给出了投入和预期收效。如果已经预先确定了防雷改造目标与经费预算，也可以此为限定条件进行方案的重新制定和调整。表13 四套备选防雷改造方案技术经济性方案技术性经济性(改造费用，以方案一为基准)是否达标优于标准的百分比一是7.12%1.0二是14.8%1.6三是25.5%2.1四是33.9%2.3六、雷击故障三维全景复现技术掌握电网防雷运行水平，剖析已有雷击故障的性质和本质原因，总结事故规律，是探索复杂环境下的有效雷电防护措施，指导输电线路雷击事故反措的基础，可显著提高雷电防护的针对性和有效性，提高技术经济水平。（一）主要内容输电线路雷击故障复现技术不同于输电线路整线的雷击闪络风险评估，而是属于防雷计算与故障分析中针对“点”的情况，即针对某次已经发生的雷击事故，通过现场调研、查询雷电定位系统监测信息、搜集故障杆塔与线路参数信息等资料，利用三维GIS扫描提取的故障杆塔前后档距精细地形地貌数据，运用防雷计算分析方法尽可能的复现故障当时的情况，分析雷击跳闸的具体原因，找出主要影响因素，总结故障特点和规律。输电线路雷击故障的复现分为4个