浅谈四川高海拔地区500 kV输电线路防雷措施

摘 要：概述了四川省高海拔地区地理位置、地形地质等基本情况，简要分析了地闪密度实际情况。根据近年来雷击跳闸情况，结合典型500 kV线路设计情况，从减小地线保护角、加强线路绝缘、降低接地电阻、加装线路避雷器等方面提出防雷措施，以期为同类工程设计提供参考。

关键词：输电线路；雷击跳闸；防雷设计

中图分类号：TM726.3    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2024）03-0039-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.010

0    引言

截至2022年底，四川电网拥有500 kV变电站60座、500 kV线路19 585 km，线路长度全国第一，多位于甘孜州、阿坝州和凉山州（以下简称“三州”地区）。“三州”地区重要水电送出通道分布较多，随着甘孜、阿坝、攀西等交流特高压工程的建设，配套500 kV线路规模还将进一步增加。近年来，“三州”地区雷电活动频繁，综合地闪密度相对较高，500 kV线路雷击跳闸频发，严重影响电网安全稳定运行。本文简要分析了四川高海拔地区500 kV线路雷击跳闸情况，提出了多种防雷措施。

1    雷击跳闸情况

1.1    雷电活动情况分析

根据四川电网雷电监测系统数据，2013—2022年10月四川省共计发生雷电主放电和回击1 924.18万次，年平均192.4万次，年平均综合地闪密度3.98次/km2。2013年全川雷电活动最为强烈，总次数达438.5万次，其他各年在100万次到200万次间徘徊。2022年1月—10月，四川省发生雷电主放电和回击共计183.45万次，综合地闪密度3.80次/km2。与上年相比，2022年川西的凉山和攀枝花、川南的宜宾和泸州、盆地边缘的雅安雷电活动有大幅度增加，上述地区综合地闪密度处于D1及以上；川西的甘孜中部、阿坝局部区域雷电活动也有增加；川北雷电活动明显减弱。

根据收集的相关雷击跳闸数据，近年来雷击跳闸次数逐年上升，仅2022年上半年，四川共发生500 kV输电线路雷击跳闸20次，与2021、2020、2019、2018年同期相比，分别增加了10次、1次、2次和0次，其中6月发生雷击跳闸14次，占70%。对跳闸线路情况进行分析可见，500 kV东天一二线跳闸次数最多，雷电流最大。500 kV东天一二线自投运以来共计发生雷击跳闸53次，其中一线33次、二线20次，线路跳闸主要发生在凉山州境内，平均雷击跳闸率分别为1.278次/（百公里·年）、0.771次/（百公里·年）。其中雷电绕击跳闸42次，约占79.2%；雷电反击跳闸11次，约占20.8%（同塔双回同跳6次）。

1.2    跳闸情况分析

1.2.1    地理位置

四川位于中国大陆地势第一级青藏高原和第二級长江中下游平原的过渡带，高低悬殊，西高东低的特点特别明显。西部为高原、山地，海拔多在3 000 m以上；东部为盆地、丘陵，海拔多在500～2 000 m。地形地貌差异极大，包括高山峡谷、高山草原、草原湖泊、丘陵风化沙石带、终年冰川雪山，矿产资源丰富，易形成复杂多变的雷电灾害。

结合往年雷电监测数据，盆地地区雷电密度值较高，高原地区雷电密度值较低，盆地到高原的过渡区域、盆地内的丘陵地区是雷电密度最高的区域。

500 kV东天一二线起于锦屏二级电站，止于南天500 kV变电站，其中一线长287.923 km，二线长288.24 km，20 mm及30 mm冰区按单回架设，其余按同塔双回架设。线路于2013年12月建成投运，途经凉山州西昌市、冕宁县、喜德县、越西县、甘洛县和乐山市金口河区、峨边县、沙湾区、市中区、峨嵋山市共10个地区。线路穿越川西高原与四川盆地的过渡地带，沿线属川西南山地地貌区，海拔高程400～3 500 m。线路途径区域矿藏资源丰富，埋藏浅，易引雷。

1.2.2    地闪密度

根据雷电定位系统监测数据，各年密集落雷区段有所不同，沿线地闪密度最高的区段如表1所示。

查询《国家电网公司电网雷区分布图》（2020年版）[1]显示，线路沿线地闪密度为B2、C1级，与实际地闪密度C2、D1级差异较大。经咨询四川电科院，因原来部分地区雷电探测站点少，站间距大，导致雷电探测精度不足，《国家电网公司电网雷区分布图》（2020年版）不能准确反映实际数值。近年来，雷电定位系统监测布点逐年增多，监测数据准确性也逐年提升，能为今后的输电线路防雷设计提供有效的数据支撑。

从上述数据可以看出，500 kV东天一二线沿线实际地闪密度远高于国网雷区分布图，实际运行平均雷击跳闸率远远高于DL/T 2209—2021《架空输电线路雷电防护导则》[2]规定的控制参考值0.14次/（百公里·年）。因此，提高输电线路耐雷水平，对于保障线路安全运行很有必要。

2    防雷措施

根据《国家能源局关于印发<防止电力生产事故的二十五项重点要求（2023版）>的通知》（国能发安全〔2023〕22号，以下简称“二十五项反措（2023版）”）及行业相关规程规范，对于500 kV及以上电压等级线路，设计阶段应计算线路雷击跳闸率，若大于控制参考值[折算至地闪密度2.78次/（km2·a）]，则应对500 kV（750 kV）及以上电压等级的超、特高压线路按段进行雷害风险评估，对高雷害风险等级（Ⅲ、Ⅳ级）的杆塔采取防雷优化措施。具体建议如下：

2.1    减小地线保护角

根据二十五项反措（2023版）14.2.4条，在设计阶段，500 kV交流线路处于C2及以上雷区的线路区段，其保护角设计值减小5°。

根据设计规范，500 kV单回线路保护角度不宜大于10°，500 kV东天一二线实际地线保护角为耐张塔9°、悬垂塔8°。

《电力工程设计手册 架空输电线路设计》[3]中山区线路绕击率计算如下：

log Pθ=α/86-3.35

式中：Pθ为山区线路的绕击率；α为避雷线对边导线的保护角；ht为杆塔高度。

由上式可知，地线保护角越小，线路绕击率越低。

经测算，减小地线保护角后，杆塔重量变化如表2、表3所示。

根据表2、表3可知，受导地线偏移影响，直线塔保护角度减小到-7°比5°时塔重更有优势，耐张塔保护角度减小到-6°和5°时塔重基本相当。建议将直线塔和耐张塔均减小到负保护角，可有效降低线路绕击率。

2.2    加强线路绝缘

根据DL/T 2209—2021《架空输电线路雷电防护导则》，对于500 kV及以下电压等级线路，可采取加强线路绝缘的措施。根据线路杆塔雷击风险程度不同，绝缘子（串）长度宜加长10%～20%。

考虑500 kV线路绝缘子片数较多，且受限于通用设计杆塔电气间隙。参考西藏地区相同海拔线路绝缘配合配置原则，在满足通用设计杆塔电气间隙的前提下，绝缘子长度可增加10%，即绝缘子片数增加4片，按《电力工程高压送电线路设计手册》相交法计算了高海拔区段线路跳闸率，结果如表4所示。

由表4可知，加强绝缘后，线路雷击跳闸率满足DL/T 2209—2021《架空输电线路雷电防护导则》要求。

2.3    降低接地电阻

对一般高度的杆塔，降低接地电阻是提高线路耐雷水平、防止反击的有效措施。现行规范对杆塔接地电阻也提出了明确要求，同时根据《关于印发<四川省电力公司电网装备技术标准（试行）>的通知》（川电生技〔2010〕229号）第7.6.7条，建议500 kV输电线路接地电阻按表5要求执行。

四川高海拔区域沿线气候条件恶劣，地质条件复杂，重冰区、无人区相对较多，运输距离远，建设施工难度大，且生态环境相对较脆弱。部分区段表层土质主要由碎石土及岩石组成，因此土壤电阻率值普遍较高，特别是地形陡峭段土壤电阻率值极高。为减小施工难度，减少对生态环境的破坏，保证线路接地质量，在接地电阻难以满足要求时，可考虑加装接地模块、缓释型离子接地体以及石墨基柔性接地体等多种型式接地装置。其中缓释型离子接地装置用于土壤电阻率很高、场地狭窄、常规射线不便敷设的地区；石墨基柔性接地体施工不用水，施工方便、耐腐蚀，且降阻效果好。

2.4    加装线路避雷器

对减小地线保护角、加强线路绝缘、降低接地电阻实施较困难或代价较高的线路，可加装线路避雷器。根据以往工程设计及运行经验，500 kV线路一般选择安装带支撑件间隙线路避雷器。

目前，线路避雷器已在西藏高海拔地区广泛应用，如500 kV川藏联网工程、500 kV阿里联网工程等。考虑到近年来高海拔地区雷击事故频发，可参考西藏地区同类工程设计经验，由于可研阶段暂未开展终勘定位工作，难以提供线路详细数据，故建议在可研阶段计列避雷器设备及安装费用（一般按10%～30%塔基数量计列）和雷害风险评估费用，在初步设计阶段开展雷害风险评估，根据雷害风险评估各相雷击跳闸率结算结果，对高雷害风险等级（Ⅲ、Ⅳ级）的杆塔加装线路避雷器。

3    结论及建议

1）在设计阶段应进一步收集雷电定位系统监测数据，根据线路沿线实际地闪密度，对于C2及以上雷区的线路区段地线保护角设计值按减小5°设计。

2）在高海拔区域，对于线路绝缘配置可参照西藏地区同类工程进行适当提高，根据通用设计杆塔型式，结合杆塔雷击风险程度不同，绝缘子（串）长度宜加长10%～20%。

3）对于场地狭窄及土壤电阻率较高的塔位可采取加装接地模块、缓释型离子接地体以及石墨基柔性接地体等综合措施，以进一步降低杆塔的接地电阻。

4）对线路雷击跳闸率大于控制参考值的线路进行雷害风险评估，对高雷害风险等级（Ⅲ、Ⅳ级）的杆塔采取加装线路避雷器等防雷优化措施。

[参考文献]

[1] 国家电网公司.国家电网公司电网雷区分布图（2020年版）[M].北京：中國电力出版社，2020.

[2] 架空输电线路雷电防护导则：DL/T 2209—2021[S].

[3] 中国电力工程顾问集团有限公司，中国能源建设集团规划设计有限公司.电力工程设计手册 架空输电线路设计[M].北京：中国电力出版社，2019.

收稿日期：2023-09-22

作者简介：张磊（1987—），男，湖北宜昌人，工程师，从事输电线路设计工作。