技术︱差异化的防雷措施在配电线路中的应用
云南电网公司生产设备部的研究人员龚石林、冯彦钊，在2015年第8期《电气技术》杂志上撰文，差异化的防雷措施在输电线路中得到了广泛应用，取得了良好的效果。而由于配电线路在结构特点、防雷设置等方面与输电线路存在较大差异，差异化防雷措施在配电线路中的应用需要进行一定的修正。
通过分析，认为差异化防雷措施在配电线路中应用首先应针对单条线路进行雷害风险评估，继而提出了针对性的防雷措施，特殊条件下输电线路中的防雷措施也可借鉴用于配电线路防雷。
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等。但目前输、配电线路主要采用标准化和典型化的防雷设计，全线不同杆塔和区段往往按统一标准进行防雷配置，未细致考虑线路走廊雷电活动强度、地形地貌及杆塔结构等差异。
这样做出的设计方案通常无法满足全线防雷性能的差异化要求，致使部分杆塔和区段极易成为投运后的雷害集中区域，线路雷击故障频发[1-3]。雷击跳闸后不仅要迅速查找故障点，对受损绝缘子还需要带电或停电更换，运行维护工作难度较大，并且线路一旦建成，防雷改造成本巨大，改造效果不明显。因此，线路防雷工程应从源头做起，在线路设计阶段即应进行差异化防雷评估，明确新建线路防雷薄弱杆塔和区段，并采用针对性的防雷措施提高防雷性能。
目前，差异化的的防雷策略主要应用于输电线路的防雷设计中。输电线路的档距远比配电线路大，且线路长度一般较长，所跨区域的地形地貌、雷电活动规律等情况相对于配电线路更加复杂。配电线路在配置上相对于输电线路也具有不同的特点，比如杆塔普遍不做接地，没有安装雷电定位系统等，具有适应其自身的防雷设置。基于输、配电线路在结构特点、防雷配置等方面的不同，差异化的防雷方法在配电线路中使用应得到一定的变通[4-5]。
本文通过对差异化防雷策略的分析，以及输、配电线路在结构特点、防雷配置等方面的比较，提出差异化的防雷策略在配电线路中的应用方法，为差异化防雷方法在配电线路中的应用提供方法基础。
1 差异化防雷策略
差异化防雷改造技术既可以提高电力线路的可靠性，又能避免不合理的设计、改造所造成的浪费，取得事半功倍的效果，提高防雷工程的技术性和经济性。
1.1线路雷害事故的差异
一般说来，同一地区不同时间的雷电活动存在差异；同一时间，不同地区的雷电活动存在差异。应针对性地制定防雷措施。
在传统的规程法中，对地形地貌考虑不多，地形地貌只对绕击率以及击杆率有影响，并且考虑过于单一，只有平原和山区之分。而实际杆塔所处地形地貌复杂多变，典型的地形如图1所示。在防雷计算中应充分考虑到地形地貌对线路防雷性能的影响。
图1 地貌分类示意图
1.2 计算分析方法的差异
准确评价线路的耐雷性能是做好线路防雷工作的必要前提。防雷计算模型是准确评价输变电设备耐雷性能的重要工具和手段。随着雷击事故的频繁发生，电网防雷愈来愈被电力系统重视，很多专家学者也提出了各种防雷计算模型。实际运行经验表明，不同电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因不同。在计算雷击跳闸率时要根据需要和实际情况选择合适的模型进行计算。
1.3 防雷措施实施的差异
目前，线路防雷技术及措施种类很多，各有特点及针对性。如降低杆塔接地电阻可以有效减小线路反击跳闸率，减小避雷线保护角可以有效提高线路的绕击耐雷性能，而加装线路避雷器的杆塔，其反击耐雷水平和绕击耐雷水平都会有很大的提高。此外还有增强绝缘、加设耦合地线、安装塔头避雷针、避雷线侧针、并联间隙等防雷措施。
2 配电线路与输电线路相比差异化防雷的特点
架空输电线路的雷击事故以及线路走廊的雷电活动、线路特征等方面都存在差异。因此，输电线路的防雷应充分考虑影响输电线路耐雷性能各因素的差异，如线路走廊雷电活动的差异、线路结构特征的差异以及地形地貌的差异，从而制定出针对每基杆塔的防雷措施。
而配电线路与输电线路相比，具有如下特点：（a）网络结构复杂；（b）线路长度相对较短；（c）线路档距远小于输电线路，相同传输距离下，杆塔基数明显增大。基于这些特点，使得差异化的防雷策略在配电线路中的使用方法与输电线路相比应有一些相同之处，但同时也会有较大的区别。
具体表现为：
（1）输电线路和配电线路在网络结构、防雷配置等方面存在较大差异。
输电线路由于线路较长，档距较大，因而各基杆塔的所在位置的雷电活动情况和地形地貌情况会出现较大的差异；装设有雷电定位装置，可以根据差异化防雷性能评估方法可以对所要进行改造的线路进行逐基杆塔防雷安全风险评估；通过评估，可以得到线路各级杆塔的防雷风险等级，以及风险等级高的决定因素。
而对于配电线路，线路长度较短，档距较小，杆塔基数多，且各基杆塔的所在位置的雷电活动情况和地形地貌情况差异相对较小，因而，对每基杆塔进行防雷安全风险评估就显得意义不大。
针对这些不同的特点，提出配电线路的差异化防雷措施应以单条线路为单位进行。
（2）配电线路防雷改造措施制定。
输电线路的差异化防雷措施是根据风险评估结果，结合线路运行情况，提出防雷改造原则。包括考虑降低雷击跳闸率还是雷击事故率、降低绕击风险还是反击风险、需要对哪些风险等级的杆塔进行改造等。
但对于配电线路来说，防雷改造的原则主要是防止感应雷，或是同时要求防止直击雷等。就其防雷配置来说，大多10kV配电线路除配电设备外，基本不设防雷装置，防雷措施简陋、单一。因而，针对雷害防雷较高的配电线路，则需要重新研究针对特殊条件下的防雷保护措施。
3 差异化防雷在配电线路中的应用方法
针对配电线路的特点，在配电线路中使用差异化防雷保护措施应用应按以下方法：（1）对某一区域的各条配电网线路进行雷击风险评估。
配电线路网络密集，单条线路长度远小于输电线路，各基杆塔没有设计雷电定位系统，因而，对配电线路的差异化防雷应定位于单条线路，首先应对一个区域内的各条配电路线进行雷害风险评估。
评估工作应按照合理的流程来执行：明确评估对象，明确评估范围，选择评估标准，选取评价方法，提供评估结论并提供恰当的对策及相应的措施。整体流程如图2所示。
图2 风险评估的流程
雷电灾害风险评估的内容包括大气雷电环境评价、雷击损坏风险评估、雷电灾害易损性分析和雷电灾害环境影响评估。雷击损坏风险评估指针对评估对象可能遭受的各种损害和损失，依据相应的规则进行相关风险的计算。
针对配电线路的雷害风险评估方法，本文提出风险矩阵法(Risk MatrixMethod)。
在风险矩阵中，风险是指项目运用的技术手段和工程措施不能满足项目需要的概率。风险矩阵方法主要考察项目需求性与技术可能性这两个方面的内容，并以此为基础来分析、辨识项目是否存在风险。它综合考虑了风险概率与风险影响这两个方面的因素，可以对风险因素对项目产生的影响进行最为直观的评价。
基于风险矩阵法的配电线路雷电灾害风险评估可依照以下流程来进行：首先需要分析线路雷害的影响因子组成，见图3所示；其次，需要对各线路的雷击概率进行等级划分，依据雷击发生概率的不同，将各线路划分成不同的等级，然后需要对雷害造成的主要损失进行分类划分,对雷害影响的严重性进行等级划分，依据严重性指标数值的不同，将雷害造成的损失进行等级划分，得到不同损失对应的严重性等级划分结果；进而得到线路的雷击损害等级划分结果；最后再依据风险矩阵的方法将以上的计算结果进行综合处理,得出线路的雷害风险评估结果。
雷击线路的影响因子一般由以下四个分量组成：单位施加(每年)和单位长度(每千米)的雷击次数、一次雷击导致的影响经济损失、停电时间和电气设备损坏，将以上四个影响因子分别用A、B、C、D来表示，如图3所示。
图3 雷击配电线路的影响因子
根据不同风险等级的评价结果，有针对性地采取差异化防雷措施。
（1）对雷击风险较高的线路进行针对性的防雷改造。
鉴于配电线路较为简单的防雷措施，针对雷害风险评估较高的配电线路可以借鉴使用输电线路的防雷保护措施，比如：在特殊地形条件下加装独立避雷针；加装横担侧向避雷针；加装耦合地线；加装线路避雷器和并联保护间隙等措施。
但每种措施的应用应结合具体的条件进行。比如山区35kV配电线路，在无法进一步降低接地电阻的情况下，可以尝试架设耦合地线的方法。针对特定区域直击雷较为严重的区域，可考虑假设独立避雷针的方法以降低直击雷的危害，但独立避雷针架设的位置、离配电线路的距离等因素需要单独进行核算。
（2）对备选改造方案再次进行防雷安全风险评估，得到其风险控制指标降低情况；并对备选改造方案的所需改造经费进行估算，评价其经济性。
（3）依据线路防雷改造目标与经费预算，选择最佳改造方案，明确线路改造投入与预期收效。
结论
通过分析差异化的防雷措施以及输电线路和配电线路在结构特点、防雷设置等的区别，提出了针对配电线路的差异化防雷方法，为配电线路的防雷设计和改造提供了方法基础。
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