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摘 要:介绍了安庆输电线路天仙2V11/2V12线路参数,线路近90%处于山区地形,分析了地理气候环境对线路雷击影响,对2015年两起雷击事故进行了详细分析,总结了天仙2V11/2V12线路雷害特点,并有针对地提出了差异化防雷方案,结合经济性和防雷指标以提高线路的防雷水平。
关键词:输电线路;雷击事故;雷害特点;差异化防雷
一、引言
安庆电力公司2015年新建220kV输电线路天仙2V11/2V12线,线路近90%处于山区地形,建成第一年即发生两次雷击跳闸事故。近年来,随着我国气候变化异常,雷电活动日益增多[1],在防雷工作者大力推进差异化防雷研究方案的背景下,本文针对新建输电线路天仙2V11/2V12线进行了雷击事故分析并提出了差异化防雷改造方案。
二、线路特点
2.1 线路参数
220千伏天仙2V11/2V12双回线起于220千伏天柱变,止于220千伏仙河变。路径长37.313km,每回线铁塔97基。线路全线单双回架设,共有物理铁塔99基,其中#1-#26、#29-#97为同塔架设双回线路,#27-#28穿越军事线路为单回架设。面向仙河变,左线为天仙2V11线,右线为天仙2V12线。导线型号为:#1-#68、#89-#97采用2*JLHA3-425(铝合金绞线),#68-#89采用2*JLHA1/G1A-400/50(钢芯铝合金绞线);架空地线左右两侧均为24芯OPGW光缆。投运时间为2015年5月26日。
2.2 地理环境特点
该线路位于安庆市潜山县、岳西县境内,86.7%为山地,高程整体处于850m以下,高程处于650m~850m区间的线路长度为8.061km,占21.6%;高程处于450m~650m区间的线路长度为19.992km,占53.5%;高程处于450m以下9.26km,占24.9%。
山区中输电线路一直以来都是易遭雷击区,也是防雷工作的重点。山区其特有的气候环境和地形地貌,造成雷击输电线路催化剂作用,因此雷电形成机理及山区气候地理环境的影响,可总结如下几点:
1)雷击是雷云形成的下行先导与地面物体形成的上行先导汇合,形成雷电放电通道。雷击输电线路分为反击雷和绕击雷,当雷电流较大,接地电阻较大时,反击的可能性更大;当雷电流较小,接地电阻较小,一旦发生雷击闪络跳闸,绕击的可能性更大。
2)220kV输电线路自身高度优势明显,线路周围电场强度大,其上行先导更容易与雷云下行先导汇合。
3)山区多湖泊河流,气候条件潮湿,雷雨天气多,且雷电地闪条件优越。
4)山区地形地貌复杂,经过山区的输电线路更易暴露线路本身,避雷线屏蔽效果减弱[2]。
2.3 地闪密度及雷害风险
该线路所处地闪密度为C1级 ( 2.78次/(km2·a)≤Ng <5.0次/(km2·a)和C2级(5.0次/(km2·a)≤Ng <7.98次/(km2·a),对应的平均年雷暴日在40-90之间。雷害风险等级为Ⅲ级。
2.4 新建线路防雷措施
220千伏天仙2V11/2V12双回线,全线设计安装避雷线,设计角度不大于0°,接地电阻值设计不大于25Ω。在投运前对该线路进行了防雷评估,雷击风险高的杆塔中相安装线路避雷器41基82支(国网南瑞生产,型号:YH10CX—192/560),雷电接闪器10基20支(成都星河生产,型号:XHGX-220)。
三、历史雷击跳闸事故分析
3.1 历史雷击跳闸数据
220千伏天仙2V11/2V12双回线于2015年5月投运,投运当年6和8月分别发生一次雷击跳闸。两次雷击事故数据统计如表2。
3.2 220kV天仙2V11线6月16日雷击跳闸事故分析
220kV天仙2V11线6月16日15时44分03秒,220千伏天仙2V11线C相故障,保护动作跳閘,重合成功,距离220kV天柱变电站7.8公里。
根据现场检查和雷电定位系统数据收集,情况如下:
1)雷电定位系统测得故障附近雷电活动频繁,距离杆塔58米,雷电流值达到-215.6kA,且落雷时间与线路故障时间吻合。
2)登塔发现22号塔C(上)相玻璃钢绝缘子表面、绝缘子碗头、挂点连接联板有明显放电痕迹,确定该处为雷击故障点。
3)故障杆塔避雷线保护角为-27.5°,接地电阻10.33Ω,均满足线路设计标准。
4)22号塔塔型为SZC2915K-48,故障相绝缘子型号为U160B/155,绝缘子为V型玻璃绝缘子,绝缘子片数为16片。
根据数据收集情况,雷击事故分析如下:
根据雷电定位系统确定的附近雷电流幅值-215.6kA,为超大幅值雷电流。根据中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》提供的耐雷水平计算方法[3],即下列公式:
可算得220kV天仙2V11线22号塔耐雷水平为123.51kA,远低于事故附近测得的最大雷电流幅值。同时,避雷线保护角度-27.5°小于线路设计值0°,也小于避雷线通用设计标准中安全值-20°。综上所述,此次雷击事故为大电流雷电造成的反击,导致绝缘子闪络跳闸。
3.3 220kV天仙2V12线8月5日雷击跳闸事故分析
220kV天仙2V12线8月5日19时52分40秒,220千伏天仙2V12线C相(下相)故障,保护动作跳闸,重合成功,距离220kV天柱变电站27.5公里,距离220kV仙河变电站8.9公里。
根据现场检查和雷电定位系统数据收集,情况如下:
1)雷电定位系统查询到故障点附近雷电流幅值为-29.9kA,且落雷时间与线路故障时间吻合。 2)在查线过程中发现73号C相(下相)耐张绝缘子表面及钢帽上有明显的放电痕迹,确定该处为雷击故障点。
3)故障杆塔避雷线保护角为-6.67°,地面倾角40°,接地电阻13.44Ω,均满足线路设计标准。
4) 73号塔塔型为SJC29201-31,故障相绝缘子型号为U120B/146,绝缘子采用“II”串设计,绝缘子片数16片。
根据数据收集情况,雷击事故分析如下:
根据本文3.3中耐雷水平计算方法,-29.9kA雷电流远小于73号塔耐雷水平。避雷线保护角虽然满足线路设计值0°,但73号塔处于山区斜坡,地面倾角40°,实际避雷线保护范围减小,暴露弧增大。综上所述,此次雷击事故为小电流雷电造成的绕击,导致绝缘子闪络跳闸。
四、差异化防雷改造方案
4.1 220kV天仙2V11/2V12双回线雷击环境分析
综合天仙线2015年的雷击跳闸特征、线路的雷击闪络风险评估等级、线路特征、地形地貌等因素,考虑各基杆塔雷击风险等级,分析情况如下:
1)根据雷电定位系统一年来的检测数据,220kV天仙2V11/2V12双回线走廊经过区域易出现超过200kA大幅值雷电流。
2)线路位于潜山县、岳西县境内,86.7%为山地,输电线路杆塔处于山顶、山坡、过水等雷害概率较大区域。
3) 220kV天仙2V11/2V12双回线全线安装避雷线,设计值为0°,由于线路经过山区,地面的倾斜导致避雷线保护范围与设计值有偏差,导线暴露弧增大,易遭受绕击雷。
4.2 220kV天仙2V11/2V12双回线差异化防雷改造方案
根据《110(66)千伏及以上输电线路差异化防雷改造指导原则(暂行)(运检二〔2012〕385号)》、《国网运检部关于印发提升架空输电线路防雷击、防污闪、防风害和防鸟害工作规范化水平指导意见的通知(运检二〔2015〕35号)》以及《输电线路防雷害工作手册》的精神和要求,综合220千伏天仙双回线2015年的雷击跳闸特征、线路的雷击闪络风险评估等级、线路特征、地形地貌等因素,考虑各基杆塔雷击风险等级[4],现提出差异化防雷改造方案如表3。
经本次防雷改造后,全線在92基杆塔上共计安装线路避雷器204支,防雷接闪器20支,按基统计防雷设施安装率为94.8%,按相统计防雷设施安装率为82.9%。
五、结论
输电线路的防雷保护工作,是一个系统工程,必须从设计、施工、运行的各个环节上审慎考虑,分析雷害事故的成因,针对不同线路特点,摸索出符合经济技术性能良好的防雷措施,把雷害事故降到可以承受的限度,从而有效保证线路的安全稳定良好运行。
参考文献
[1] 杜长林.准格尔地区输电线路雷击事故分析及对策[J].内蒙古电力技术,2006,24(5).
[2] 沈志毅,黄冕,等.山区山体上110kV输电线路雷电防护分析[J].科学与财富,2016,1(8):123-124.
[3] DL/T 620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].
[4] 王平,李琳.输电线路雷击灾害风险层进式评估体系的构建[J].电瓷避雷器,2014,2.
关键词:输电线路;雷击事故;雷害特点;差异化防雷
一、引言
安庆电力公司2015年新建220kV输电线路天仙2V11/2V12线,线路近90%处于山区地形,建成第一年即发生两次雷击跳闸事故。近年来,随着我国气候变化异常,雷电活动日益增多[1],在防雷工作者大力推进差异化防雷研究方案的背景下,本文针对新建输电线路天仙2V11/2V12线进行了雷击事故分析并提出了差异化防雷改造方案。
二、线路特点
2.1 线路参数
220千伏天仙2V11/2V12双回线起于220千伏天柱变,止于220千伏仙河变。路径长37.313km,每回线铁塔97基。线路全线单双回架设,共有物理铁塔99基,其中#1-#26、#29-#97为同塔架设双回线路,#27-#28穿越军事线路为单回架设。面向仙河变,左线为天仙2V11线,右线为天仙2V12线。导线型号为:#1-#68、#89-#97采用2*JLHA3-425(铝合金绞线),#68-#89采用2*JLHA1/G1A-400/50(钢芯铝合金绞线);架空地线左右两侧均为24芯OPGW光缆。投运时间为2015年5月26日。
2.2 地理环境特点
该线路位于安庆市潜山县、岳西县境内,86.7%为山地,高程整体处于850m以下,高程处于650m~850m区间的线路长度为8.061km,占21.6%;高程处于450m~650m区间的线路长度为19.992km,占53.5%;高程处于450m以下9.26km,占24.9%。
山区中输电线路一直以来都是易遭雷击区,也是防雷工作的重点。山区其特有的气候环境和地形地貌,造成雷击输电线路催化剂作用,因此雷电形成机理及山区气候地理环境的影响,可总结如下几点:
1)雷击是雷云形成的下行先导与地面物体形成的上行先导汇合,形成雷电放电通道。雷击输电线路分为反击雷和绕击雷,当雷电流较大,接地电阻较大时,反击的可能性更大;当雷电流较小,接地电阻较小,一旦发生雷击闪络跳闸,绕击的可能性更大。
2)220kV输电线路自身高度优势明显,线路周围电场强度大,其上行先导更容易与雷云下行先导汇合。
3)山区多湖泊河流,气候条件潮湿,雷雨天气多,且雷电地闪条件优越。
4)山区地形地貌复杂,经过山区的输电线路更易暴露线路本身,避雷线屏蔽效果减弱[2]。
2.3 地闪密度及雷害风险
该线路所处地闪密度为C1级 ( 2.78次/(km2·a)≤Ng <5.0次/(km2·a)和C2级(5.0次/(km2·a)≤Ng <7.98次/(km2·a),对应的平均年雷暴日在40-90之间。雷害风险等级为Ⅲ级。
2.4 新建线路防雷措施
220千伏天仙2V11/2V12双回线,全线设计安装避雷线,设计角度不大于0°,接地电阻值设计不大于25Ω。在投运前对该线路进行了防雷评估,雷击风险高的杆塔中相安装线路避雷器41基82支(国网南瑞生产,型号:YH10CX—192/560),雷电接闪器10基20支(成都星河生产,型号:XHGX-220)。
三、历史雷击跳闸事故分析
3.1 历史雷击跳闸数据
220千伏天仙2V11/2V12双回线于2015年5月投运,投运当年6和8月分别发生一次雷击跳闸。两次雷击事故数据统计如表2。
3.2 220kV天仙2V11线6月16日雷击跳闸事故分析
220kV天仙2V11线6月16日15时44分03秒,220千伏天仙2V11线C相故障,保护动作跳閘,重合成功,距离220kV天柱变电站7.8公里。
根据现场检查和雷电定位系统数据收集,情况如下:
1)雷电定位系统测得故障附近雷电活动频繁,距离杆塔58米,雷电流值达到-215.6kA,且落雷时间与线路故障时间吻合。
2)登塔发现22号塔C(上)相玻璃钢绝缘子表面、绝缘子碗头、挂点连接联板有明显放电痕迹,确定该处为雷击故障点。
3)故障杆塔避雷线保护角为-27.5°,接地电阻10.33Ω,均满足线路设计标准。
4)22号塔塔型为SZC2915K-48,故障相绝缘子型号为U160B/155,绝缘子为V型玻璃绝缘子,绝缘子片数为16片。
根据数据收集情况,雷击事故分析如下:
根据雷电定位系统确定的附近雷电流幅值-215.6kA,为超大幅值雷电流。根据中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》提供的耐雷水平计算方法[3],即下列公式:
可算得220kV天仙2V11线22号塔耐雷水平为123.51kA,远低于事故附近测得的最大雷电流幅值。同时,避雷线保护角度-27.5°小于线路设计值0°,也小于避雷线通用设计标准中安全值-20°。综上所述,此次雷击事故为大电流雷电造成的反击,导致绝缘子闪络跳闸。
3.3 220kV天仙2V12线8月5日雷击跳闸事故分析
220kV天仙2V12线8月5日19时52分40秒,220千伏天仙2V12线C相(下相)故障,保护动作跳闸,重合成功,距离220kV天柱变电站27.5公里,距离220kV仙河变电站8.9公里。
根据现场检查和雷电定位系统数据收集,情况如下:
1)雷电定位系统查询到故障点附近雷电流幅值为-29.9kA,且落雷时间与线路故障时间吻合。 2)在查线过程中发现73号C相(下相)耐张绝缘子表面及钢帽上有明显的放电痕迹,确定该处为雷击故障点。
3)故障杆塔避雷线保护角为-6.67°,地面倾角40°,接地电阻13.44Ω,均满足线路设计标准。
4) 73号塔塔型为SJC29201-31,故障相绝缘子型号为U120B/146,绝缘子采用“II”串设计,绝缘子片数16片。
根据数据收集情况,雷击事故分析如下:
根据本文3.3中耐雷水平计算方法,-29.9kA雷电流远小于73号塔耐雷水平。避雷线保护角虽然满足线路设计值0°,但73号塔处于山区斜坡,地面倾角40°,实际避雷线保护范围减小,暴露弧增大。综上所述,此次雷击事故为小电流雷电造成的绕击,导致绝缘子闪络跳闸。
四、差异化防雷改造方案
4.1 220kV天仙2V11/2V12双回线雷击环境分析
综合天仙线2015年的雷击跳闸特征、线路的雷击闪络风险评估等级、线路特征、地形地貌等因素,考虑各基杆塔雷击风险等级,分析情况如下:
1)根据雷电定位系统一年来的检测数据,220kV天仙2V11/2V12双回线走廊经过区域易出现超过200kA大幅值雷电流。
2)线路位于潜山县、岳西县境内,86.7%为山地,输电线路杆塔处于山顶、山坡、过水等雷害概率较大区域。
3) 220kV天仙2V11/2V12双回线全线安装避雷线,设计值为0°,由于线路经过山区,地面的倾斜导致避雷线保护范围与设计值有偏差,导线暴露弧增大,易遭受绕击雷。
4.2 220kV天仙2V11/2V12双回线差异化防雷改造方案
根据《110(66)千伏及以上输电线路差异化防雷改造指导原则(暂行)(运检二〔2012〕385号)》、《国网运检部关于印发提升架空输电线路防雷击、防污闪、防风害和防鸟害工作规范化水平指导意见的通知(运检二〔2015〕35号)》以及《输电线路防雷害工作手册》的精神和要求,综合220千伏天仙双回线2015年的雷击跳闸特征、线路的雷击闪络风险评估等级、线路特征、地形地貌等因素,考虑各基杆塔雷击风险等级[4],现提出差异化防雷改造方案如表3。
经本次防雷改造后,全線在92基杆塔上共计安装线路避雷器204支,防雷接闪器20支,按基统计防雷设施安装率为94.8%,按相统计防雷设施安装率为82.9%。
五、结论
输电线路的防雷保护工作,是一个系统工程,必须从设计、施工、运行的各个环节上审慎考虑,分析雷害事故的成因,针对不同线路特点,摸索出符合经济技术性能良好的防雷措施,把雷害事故降到可以承受的限度,从而有效保证线路的安全稳定良好运行。
参考文献
[1] 杜长林.准格尔地区输电线路雷击事故分析及对策[J].内蒙古电力技术,2006,24(5).
[2] 沈志毅,黄冕,等.山区山体上110kV输电线路雷电防护分析[J].科学与财富,2016,1(8):123-124.
[3] DL/T 620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].
[4] 王平,李琳.输电线路雷击灾害风险层进式评估体系的构建[J].电瓷避雷器,2014,2.