
通过计算雷击杆塔时耐雷水平I1=34.4kA,线路跳闸率N[1]=1.34次/100km·y。
下面采用电气几何模型图[3]中击距法来分析绕击区的问题:按最小雷电流所对应的允许击距rs1等于临界击距rsk,即绕击区面积为零的方法,求得临界保护角α临,再用临界保护角与杆塔实际保护角相比较,如果临界保护角大于实际保护角,那么线路就不存在绕击区,反之,就存在绕击区,相应地要降低边导线的保护角来消除绕击区的存在。

作与避雷线挂点b距离为6.5m直线00′,直线00′即为导线横担。以避雷线挂点b为圆心作半径为37.6m的图弧AB,再作与地面距离为37.6m平行直线CD,圆弧AB与直线CD相交点为K,再过K点作半径为37.6m圆弧与直线00′交点为d′,连接bd′两点,直线bd′与直线bt所夹角即为临界保护α临≈25°。19号塔实际保护角为12.3°,α临>α,导线应处于避雷线的有效屏蔽范围内,理论上不存在绕击区。但由于19号塔实际地形比较陡,坡度约为30°,再由作图法得知临界保护角α临≈5°,导线已超出避雷线的屏蔽范围,形成绕击区。下面再作绕击区:作直线bd的中垂线,d点为导线实际挂点。根据临界击距的定义,在中垂线上找到K′,使点K′到点b距离等于点K′到地面线距离。再根据允许击距定义,作以d点为圆心,半径为37.6m的圆弧,此圆弧与地面距离为37.6m的平行线相交于点C,与中垂线相交于点B,阴影面BCK′即为导线的绕击区,具体见图4所示。

通过对19号塔反击和绕击的分析可知:
(1)19号塔反击的耐雷水平I1只有34.4kA明显低于110kV有避雷线的线路耐雷水平40~75kA之间的规定[2],这是其雷击跳闸率高的主要原因。
(2)虽然19号塔避雷线对边导线的保护角为12.3°,已远小于规程规定25°值。但是由于地形的影响使19号塔边导线超出避雷线的屏蔽范围,存在绕击区是其雷击跳闸率高的另一重要原因。
(3)浙江省从1996年至1998年,3年的平均雷电日为40.47日,这3年来110kV永蒲线实际雷击跳闸率约为13.6次/100km·y,而理论计算值却只有1.34次/100km·y,理论计算值与实际运行结果明显不符合。
2.223号塔雷击闪络原因分析
23号塔为耐张塔,土壤电阻率实测ρ=2100Ω·m,22~23号塔档距为770m,避雷线弧垂fb=26.8m,fd=35.9m,塔几何尺寸见图5。
经计算导地线几何耦合系数ko[1]=-0.166,取ko=0。杆塔反击的耐雷水平I1=22kA。同样用电气几何模型图来分析绕击区的问题

由作图来求得临界保护角α临=26°,α临>α,即为有效屏蔽范围内,不存在绕击区。
通过分析可知,23号塔反击耐雷水平只有22kA远小于规程规定的110kV有避雷线线路大跨越档耐雷水平75kA的规定,是其雷击跳闸率高的主要原因。
3接地体改造后的防雷效果分析
根据110kV永蒲线18、19、20、23号塔频繁跳闸和接地电阻偏高的情况,1998年9月份对四基塔接地体进行改造。
改造前后接地体敷设型式与接地电阻值具体见表2。经计算接地体改造后19、23号塔耐雷水平分别为:

19号:I1=60.2kA,23号:I1=48.4kA
通过对19、23号塔接地体改造前后耐雷水平比较可知:
(1)接地电阻的降低可以大大提高线路的耐雷水平,19号塔耐雷水平I1提高了76%,23号塔耐雷水平I1提高了120%,大大加强了防反击能力,这一结论与110kV永蒲线实际运行结果相符合。110kV永蒲线接地改造前,两年相继有四基塔,遭雷击跳闸,1998年有两基塔遭雷击,而从1998年9月份接地改造后,至今只有19号塔雷击跳闸外,其余18、20、23号塔都再没有发生过雷击跳闸事故,尤其是23号塔过去每年都遭雷击跳闸。这说明杆塔接地电阻对于提高线路的反击耐雷水平具有重要影响。
(2)接地体的改造,降低了杆塔的接地电阻,但这并没有消除19号塔由于地形变化所形成的绕击区,使得1999年8月19号塔再次受到雷击跳闸。
(3)23号塔虽然经过接地体的改造,接地电阻值已降为规程允许范围内,但是由于23号塔档距过大(即弧垂大),使得导地线之间耦合系数降为零,而接地电阻值的变化,并不能提高导地线几何耦合系数ko值,因此其耐雷水平I1还是明显偏低。
4线路采用MOA防雷后的效果分析
针对110kV永蒲线接地体改造后并不能消除19号塔的绕击区和23号塔的耐雷水平偏低的情况,并借鉴广东省肇庆电力局110kV珠西线和广州电力局220kV韶郭线加装氧化锌避雷器(MOA)后成功运行的经验,2000年8月份在110kV永蒲线山地段15~25号塔安装了HY5CX-110/220型MOA,该避雷器动作电压为410kV。19、23号塔安装在两边相。至2002年4月9日,19号塔面向大号侧左边相避雷器动作15次,右边相动作11次,23号塔左边相避雷器动作10次,右边相动作9次。
由于安装MOA使得杆塔和导线电位差超过410kV时,避雷器就加入分流,保证绝缘子不发生闪络。从安装MOA至今近二年时间,虽然线路多次受到雷击,但永蒲线再没有发生过一次跳闸。但是由于运行时间不长,而且雷电是小概率事件,所以将继续对避雷器的实际作用进行跟踪分析。
5结论
(1)降低杆塔接地电阻对提高线路反击耐雷水平效果非常明显。
(2)弧垂是影响线路耐雷水平的一个重要因素,线路耐雷水平会随着弧垂的增大而逐渐降低,对于大档距线段,不能简单地只考虑工频接地电阻值是否满足规程要求,还必须校验其反击耐雷水平。
(3)规程上雷击跳闸率和绕击率计算公式显得比较笼统,对于地处恶劣山区的线路实际上没有太多的参考意义。
(4)地形的变化是形成绕击区的主要原因,对于位于大斜坡上的杆塔,不能只用满足规定的保护角来确定防雷方式,还应把杆塔保护角与临界保护角相比较,来判定杆塔是否存在绕击区,这样更有利于线路防绕击性能的分析。
(5)线路防雷用金属氧化锌避雷器可以防止雷击塔顶和雷绕击导线后绝缘子的冲击闪络,但是其防雷效果主要取决于氧化锌避雷器其本身的稳定性能。
(6)线路各种防雷措施都有其针对性,在选择线路的防雷方式时必须先找出线路遭雷击跳闸原因,然后采取相应的防雷措施,只有这样才能在防雷保护上取得真正的实效。