安庆公司220kV输电线路雷击事故分析及差异化防雷措施
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。
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，保护动作跳闸，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，全线在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。
