岳阳市某化工企业雷灾事故调查及鉴定分析①

聂武夫 刘敏 阎雍

(湖南省岳阳市气象局 湖南岳阳 414000)

1 雷击事故实例

2019年8月7日18时29分52秒，位于岳阳市云溪区的该化工企业35kV高压线路受雷雨天气影响，1#、2#主变跳闸，导致全厂供电中断。企业控制系统显示故障原因为I回路A、B相、II回路C相发生短路，故障发生后，公司迅速组织人员开展故障巡查，在巡查过程中发现35kV高压线输电线路10#杆塔、13#杆塔C相高压电源浪涌保护器接地泄流线熔断，疑似因雷电直接击中高压线，高压电源浪涌保护器启动泄流，因雷电流强度过大使接地泄流线发生熔断。

2 雷灾调查与鉴定过程

2.1 天气形势分析

8月7日08时700hPa低涡东移至重庆东部至湘西一带，湘东及湘南地区为偏东气流控制，长江北岸为弱的偏北气流，云溪区正处于偏北气流和偏东气流的交汇处，有利于强对流的发展。

2.2 地面气象观测分析

8月7日我市受东风扰动影响，我市云溪区18-20时出现短时强降水，并伴有强雷电以及雷暴大风天气，共出现暴雨3站（云溪水厂、牌楼、双花水库）；最强降水时段为18:00～19:00，最大降水量出现在云溪水厂（59.6mm），最大小时雨强出现团结（43.2mm）。18时至20时2h内云溪区域累计降雨量为59.6mm,达到暴雨级别，而降雨主要集中在18时至19时这一时段内，降雨量达到35.3mm。

2.3 大气电场资料分析

从临湘大气电场仪8月7日01时—24时要素曲线图（图略）可以看到，在第一阶段随着雷云中电荷的积累，电场值不断增大，从12时开始电场曲线由平稳逐渐出现快变抖动；13时场强最高一度达到27.01kV/m，第二阶段为雷暴爆发阶段，随着能量的积累，电场仪监测范围内雷云中电荷的累积已经具备雷击的条件；16时电场抖动加剧，雷电过程开始逐渐活跃，由晴空大气电场的正常值0.05kV/m左右跃至峰值32.3kV/m；第三阶段为雷暴消退阶段，22时雷暴过程结束后电场又迅速地恢复正常的变化，说明带电雷云已经减弱或移出电场仪监测范围。

从永济乡大气电场仪8月7日01时—24时要素曲线图（图略）可以看到，15时前雷云尚不在永济乡大气电场仪监测范围内，故数值一直很平稳。自15时起雷云自临湘市逐渐向云溪区发展，进入其监测范围内，电场曲线开始平稳逐渐出现多次起伏，但场强数值均不大，最大时仅为0.68kV/m，证明整个强对流过程中，雷云始终停留在其监测范围边缘，而未向永济乡方向发展，换言之，这次雷暴天气爆发的中心就在该化工企业区域，这也从另一方面证实了临湘大气电场仪和多普勒雷达观测数据的准确性。

2.4 闪电定位系统监测资料分析

根据湖南省气象气象灾害防御技术中心专业专项科提供的闪电定位系统监测数据,18:25～18:35发生故障线路周边半径5km范围内共监测到闪电3条。

3 环境因素分析

3.1 接地电阻分析

经现场勘查并与企业电气技术人员沟通了解，本次故障为I回线和II回线，主要涉及1#-13#杆塔，其中1#-7#杆塔为两回线共用，其后分开架设。

近年来企业每半年组织对杆塔的接地装置电阻进行检测，由最近一年各杆塔的防雷检测数据能够得出，在不考虑测试误差的前提下，除2#塔外，所有杆塔的接地电阻均小于10.0Ω，符合规范要求。

3.2 致灾因子分析

本次闪电定位系统监测的3条闪电数据,其闪电强度按时间顺序依次是79.57kA、111.61kA、79.51kA，均为正地闪，平均强度为90.2kA。

根据中国气象局发布的全国正闪平均强度分布来看，湖南地区绝大部分正闪强度均小于70kA，而此次监测到的3条闪电数据数值均为90.2kA，反映了此次雷暴异常剧烈，电流强度大。

分析我国雷电流幅值概率能够得出，幅值超过70kA的雷电流出现的概率为18%左右，超过100kA的更是稀少，而此次短时雷暴过程中监测到故障线路周边20km范围内21条闪电中，有11条超过了70kA，占比52%，4条超过了100kA，占比19%，均远高于统计比例。作为内陆地区而言，其雷电流强度是剧烈异常的。此外，监测到的3条闪电强度也大大超过岳阳地区平均正闪强度51.77kA，平均强度是正闪强度均值的174%。

3.3 孕灾环境分析

电力系统中，输电线路架设高度大、线路长度长，且又暴露在旷野中，容易遭受雷击，电力系统的雷害事故大部分都是由于线路遭受雷击而引起的。从现场勘测情况看，故障线路满足以上孕灾环境条件，且山区具有地质构造活跃，新构造运动强烈，地貌类型多样，地质条件复杂、植被覆盖密度大等特点，且输变电线路多穿行于丛林和道路沿线之间。因此，一旦有雷暴天气发生，易发生雷电灾害。

3.4 剩磁测试分析

2019年8月10日（故障发生3d后），技术人员对各杆塔的金属部件使用K-2020B剩磁测试仪进行了剩磁强度测试。

通过剩磁变化曲线我们可以发现，曲线呈“两波峰三波谷”特征，剩磁在3#杆塔达到第一个波峰，两侧剩磁依次递减，10#杆塔处存在第二个波峰，两侧剩磁同样依次递减。

根据闪电监测系统监测数据，并结合沿线杆塔剩磁特征，可作出以下推论：⑴雷击方式倾向于雷电直接雷击电力线路而非雷电击中电力设施附近引起的雷电感应损害。理由：如雷电击中电力线路附近，则与该线路并行的另一路电力设施几乎不可能不受闪电感应影响且现场勘查过程中也未发现附近有落雷迹象。⑵雷击点可能是击中相线而非击中避雷线引起闪络雷击。理由：如雷电直接击中避雷线，避雷线沿雷击点两侧杆塔泄流，则雷击点两侧杆塔均应具有明显的剩磁特征，这与测试结果不相符。⑶雷击点可能位于3#杆塔附近高压输电线路且靠近3#杆塔位置。理由：如雷击点更靠近2#杆塔，而2#杆塔装设有高压避雷器，避雷器以塔体作为泄流通道，其剩磁值应大于3#杆塔测试的剩磁值，这与测试结果不符。若雷击点更靠近4#杆塔，则4#杆塔剩磁值应大于3#杆塔，经现场测试，4#杆塔剩磁值小于3#杆塔。⑷考虑到10#杆塔的剩磁值突出，且具有明显的两侧剩磁依次递减特征，但10#杆塔高压电源避雷器泄流为专用引下线，测试的其它杆塔避雷器泄流均通过杆塔自身钢架泄流，考虑到雷电流泄流分流系数等因素，可能造成10#杆塔避雷器专用引下线剩磁较高。⑸雷电对于架空输电线路的（反击、绕击或感应）作用，都会使线路上出现过电压，从而可能导致雷害事故。作为输电线路本身最关键还是线路遭受雷击时，其绝缘是否会遭到破坏而发生火花放电，亦即闪络。雷击输电线路，线路绝缘不会发生闪入的最大电流幅值（以kA为单位）称之为耐雷水平。低于耐雷水平的雷电流击于线路时不会引起闪络，反之则必然发生闪络。

雷击大地时，雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值一般不会超过100kA。实测表明，感应过电压一般不超过50kV，这对于35kV及以下的水泥杆线路，可能会引起一定的闪络事故。本次闪电定位系统监测的3条闪电的闪电强度79.57kA、111.61kA、79.51kA均远远超过了35kV输电线路的理论耐雷水平，因此可能引发线路闪络。