西藏电网220kV线路雷害故障及防雷措施分析
雷击跳闸是影响输电线路稳定运行的重要因素之一，国网西藏电力有限公司电力科学研究院、国网河南省电力有限公司电力科学研究院的研究人员张恒志、扎西曲达、杨浩、吴晓睿、刘泽辉，在2020年第4期《电气技术》杂志上撰文，基于西藏电网实际跳闸情况，针对220kV线路雷击跳闸下的塔型、档距、接地电阻等影响因素进行了分析。以拉萨220kV环网为例，逐一对常见的防雷改造措施进行了讨论。本文的研究结论可以为输电线路防雷改造和降低雷击跳闸率提供有益参考。
近年来，西藏电网线路长度和规模快速增长，500kV藏中联网的投运和后续阿里联网工程的建设为西藏电网的安全运维又提出了更高的要求。
本论文针对西藏220kV输电线路的档距、接地电阻、绝缘子片数等方面进行了分析，对典型雷击跳闸的月度分布、塔型和地形地貌进行了统计。最后，针对常见的防雷措施，结合西藏220kV线路实际情况，逐一进行了讨论和分析。本文相关内容和结论可以为高海拔地区防雷改造和运维提供参考。
1 西藏220kV环网基本情况
西藏220kV环网以虎曲线为主体，由曲乃I、Ⅱ线、曲墨Ⅰ、Ⅱ线、夺曲线、拉夺Ⅰ、Ⅱ线等9条线路绕其周围共同组成，除虎曲线外，其他220kV线路多以单双混架为主，整个220kV环网全长534.04km，其档距、接地电阻、地形地貌、塔形及绝缘子配置情况如图1所示。
图1 西藏220kV环网整体情况
在塔形方面，由于周边群山包围、地势高低起伏、变化剧烈，输电线路需随地形变化架设，因此转角塔和耐张塔占比较高，为39%。西藏220kV环网中主要采用杯型铁塔，其设计避雷线保护角为10°，相对于规程要求的15°更为严格。
在档距分布方面，由于地形限值220kV环网中档距超过600m的占比较高。大档距对雷击跳闸的影响主要表现在线路走廊受雷面积增加，大档距发生累积的概率较大，另一方面大档距一般跨越山谷、河流等，地面对雷电的屏蔽效应减弱，容易发生绕击。
接地电阻方面，由于该线路架设在高山峻岭或砾石较多环境，沿线接地电阻降阻困难，且由于降水较少，近半数杆塔接地电阻超过25。
对于同塔双回线路，除铁塔的地线保护角小于0°，满足规程要求外，为提高双回线路的耐雷水平，绝缘配置较单回线路提高了10%以上，同时外过电压间隙值也相应进行了增加。
外绝缘配置及绝缘子片数方面，由于西藏地区平均海拔高度达到4km，该线路架设时已经考虑了海拔修正，其绝缘子片数相对于平原地区已经有所增加。随着绝缘子片数的增加，其绝缘子串的耐雷水平也有所提升。
2 典型雷害故障统计分析
由于西藏地区雷电定位系统运行时间较短，且雷电定位系统受制于信号传输和供电稳定性影响，雷电探测站在线率较低，选择在2016—2018年雷电监测数据完整和现场故障数据完备的40次雷击故障跳闸进行分析。
在月度分布方面，40次雷击故障跳闸发生在5—10月，其中6—9月雷击故障跳闸较为集中，占比92.5%，雷击跳闸月度分布如图2所示。根据西藏雷电定位系统，对雷电活动月度情况进行分析，如图3所示。通过图2、图3对比可以看出，雷击故障跳闸较为集中的6—9月同时也为雷电活动频繁月份。
图2 2016—2018年雷击故障跳闸月份分布
图3 2016—2018年雷电活动月份分布
在塔形方面，40次雷击故障跳闸中17次为耐张塔（转角塔），23次为直线塔。在220kV环网中，直线塔数量约为耐张塔（转角塔）数量的1.5倍，而跳闸次数为1.35倍。因此，耐张塔（转角塔）雷击跳闸的概率大于直线塔。
耐张塔（转角塔）雷击概率较大因为跳线受到避雷线的保护大大减弱，更易遭受雷电绕击。另外，耐张塔（转角塔）跨越山谷河流或对导线走向进行改变时，地面或避雷线对导线的保护作用减弱，增加导线本体的绕击概率。
地形地貌方面，40次故障中，故障杆塔所处地形14次平地，非平地26次，位于平地的杆塔雷击故障概率相对较小。非平地中1次山谷、4次山顶、6次爬坡、15次沿坡。地形地貌对雷击跳闸的影响主要表现在山顶和沿坡等地形附近地面对导线的屏蔽作用减弱，易发生雷电绕击。另外，由于西藏220kV线路走廊在非平地附近树木较少，输电线路更易遭受雷击。典型杆塔位于山顶及沿坡地形示意图如图4所示。
图4 杆塔位于山顶及沿坡示意图
3 西藏电网防雷措施分析
输电线路的雷击跳闸率受到多种因素的影响，其中地闪密度是输电线路所经区域的客观气象条件。本文主要针对减小避雷线保护角、加强绝缘水平、降低杆塔接地电阻等常见防雷措施进行分析。
3.1 减小避雷线保护角度
减小避雷线保护角能够有效降低架空输电线路的绕击率，西藏地区220kV线路已经全线架设双避雷线，其保护角满足相较于规程不大于15°要求更为严格，一般为10°。由于避雷线保护角受制于塔头尺寸，如需进一步减小目前西藏地区220kV避雷线保护角需要对塔头进行改造，经济性较差。
3.2 加强线路绝缘水平
加强线路的绝缘水平能够有效降低线路反击和绕击率。由于西藏平均海拔4km以上，输电线路在设计时考虑了高 海拔修正，其绝缘配置和绝缘子数量已经相对于内陆进行了增加。因此，继续加强输电线路绝缘水平和增加绝缘子数量降低雷击跳闸率不予考虑。
3.3 降低杆塔接地电阻
降低杆塔接地电阻能够通过降低雷击杆塔或避雷线时塔顶电位，进而有效降低反击雷击跳闸。降低杆塔接地电阻的措施主要包括接地体深埋、水平方向外延接地体、加装降阻模块等方式。西藏地区高山峻岭和砾石地形较多，相对于平原地区降阻成本较高。对于已建线路实测杆塔接地电阻大于25的杆塔，需要进行降阻改造，另外新建220kV线路需要依据地形地貌，考虑接地体腐蚀等因素确保线路接电阻满足工程需求。
3.4 加装保护间隙
保护间隙安装在绝缘子串两端，当雷击发生时能够通过短接部分绝缘子，使绝缘子本体得到保护，其目的非降低雷击跳闸率。西藏地区由于海拔较高，其绝缘配置和绝缘子片数相对于低海拔地区有所增加。加装保护间隙，有悖于高海拔地区绝缘校正原则，因此不予考虑。
3.5 安装线路氧化锌避雷器
现有研究表明，通过安装氧化锌避雷器是可以有效减少线路雷击事故的发生，对于绕击和反击均有较好的防治效果。对于西藏雷电活动区域特征明显，降低接地电阻困难实际情况，推荐采用安装氧化锌避雷器对雷击跳闸事故高发线路段进行防雷措施改造。
4 结论
本文针对西藏在运220kV线路档距、接地电阻、地线保护角和外绝缘配置等进行了分析。针对2016—2018年雷电跳闸数据进行了统计，给出了雷电跳闸月度、塔形和地形地貌分布规律。基于西藏普遍接地电阻较高、线路运维难度大等情况，对常见的防雷措施进行了分析，推荐针对性降低接地电阻和加装线路避雷器降低西藏电网雷击跳闸率。