雷电防护

“电博士·动态防雷”青年集体聚焦全球气候变化下的雷电防护问题，建立世界首个“动态防雷”技术体系，主导制定世界首个动态防雷国际标准，主导“雷震子计划”国际合作，用青春智慧和拼搏汗水，为全球防雷贡献中国方案。近日，该青年集体获评第二十七届“中国青年五四奖章集体”。

本成果属电气工程领域输电线路防雷综合技术，项目立足电网输电线路防雷重大需求，从自然雷电的综合观测、人工引雷试验、雷电冲击试验出发，重点对输电线路雷击暂态特性在线检测技术、雷电绕击防护技术、雷电反击防护技术等进行深入研究，通过开发集成化防雷分析系统、编制防雷系列标准规范、制定防雷综合策略等，实现雷电防护新理论和新技术在输电线路中的得到有效实用，近年来推动南方电网输电线路雷击跳闸率稳步下降，为电网安全稳定发挥了重要作用。 通过项目实施有效改善了南方电网防雷技术工作，推动线路雷击跳闸次数的明显降低，由2013年的2176次降低至2018年的1549次（降低近30%），同时也有效推动近年来全网220kV及以上同塔双回线路雷击同跳次数由43次降低至24次（降低近45%），大幅提升了线路安全可靠性。 项目研究成果多次应用于南网系统内重大雷击事件，推动了全网雷击事故事件率的有效降低，2013年和2014年雷击引起的四级及以上事件为80次和38次，到2017年和2018年降低至17次和6次，事故事件概率降低了近80%，大幅提升了电网安全稳定性。 项目成果对南网防雷设计、防雷改造、防雷运行维护及设备选型和管控起到了良好的指导作用，提高了我国在雷电基础领域的研究水平及电网雷电监测与防护水平，提升南方电网在防雷设施检测方面的技术实力，有效降低了输电线路雷击跳闸率和事故事件概率，减少了雷击强迫停运造成的设备损害及其它经济损失、提升了防雷资金的利用效率。本项目已取得授权专利31项，发表论文28项，软件著作权5项，发布企业标准3项。

±500kV 直流输电线路是我国大电网的重要组成部分，送电距离长，输送容量大，具有重要战略意义。±500kV 直流输电线路由于自身绝缘水平和耐雷水平较高，线路故障再启动功能动作速度快，对雷击短时故障具有较强的抵御能力，国内外在设计建设时，一般都没有考虑特殊的防雷应对措施。然而据统计，实际运行中±500kV 直流输电线路雷击故障依然占有较大比例，极闭锁引起的紧急故障停运时有发生，大负荷情况下给系统造成较大的冲击。±500kV 直流线路防雷形势十分严峻。针对±500kV 直流输电线路，我国目前采用的防雷改造措施主要有降低接地电阻、减小保护角和安装塔顶避雷针，但是在落雷密集区域和土壤电阻率较高的地区，使用效果很不理想。随着我国高压直流输电线路建设力度的逐年加大，研制开发高压直流输电线路用雷电防护装置已成为一个新的研究热点。经验表明，线路避雷器可以有效提高输电线路的耐雷水平，是当前线路防雷最为有效的手段之一。但是，线路避雷器的应用目前还仅限于 35-500kV 交流输电线路，尚未涉及到高压直流输电线路领域。国内外至今还未有±500kV 直流线路避雷器挂网运行的工程实例。正是基于高压直流输电线路对雷电防护装置的这种迫切需求，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司组织研制了±500kV 直流系统用线路型带串联间隙复合外套金属氧化物避雷器（以下简称“±500kV 直流线路避雷器”）。

输电线路的雷电防护一直是困扰线路运行的难题。由于雷电的随机性、各种防护措施的技术经济性、以及运行维护问题等因素的制约，因雷电线路跳闸事故仍较多。本项目基于现场试验的方法，提出输电线路杆塔雷电冲击特性的理论模型分析方法，现场测试方法，获得了宝贵的现场测试数据，为线路雷电防护提供了重要参考。基于本项目的研究，获得实际输电线路在雷击时的过电压时空分布，一方面为线路避雷器的参数选择和合理布置、为线路过电压监测布点提供依据，从而解决工程实际问题。另一方面，指导建立杆塔、线路、接地装置等过电压电磁暂态仿真模型，从而为过电压分析理论提供依据，解决过电压研究中的科学问题。项目成果填补国内外的研究空白，为相关标准的制定和修订奠定了基础。提高输电线路的反击耐雷水平，对保障电网安全可靠运行，建设“坚强智能电网”具有重要的意义。项目授权专利7项，受理发明专利6项，申请软著5项；经中国电力企业联合会鉴定，认为“在输电线路雷电冲击现场试验方法和接地装置优化等方面处于国际领先水平”。

线路避雷器是最行之有效的线路防雷措施，将线路避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难及易受雷电绕击的地形线段，能降低线路雷击跳闸率，较大地提高线路防雷可靠性。鉴于早期线路避雷器使用中存在参数选择不合理、检验检测方法不统一、应用不规范从而影响应用效果的问题，结合我国情况制定了电力行业标准 DL/T 815《交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器》，并随着电压等级提高，陆续制定了线路避雷器系列标准。线路避雷器涉及的诸多核心技术问题有别于变电站用避雷器。首先，线路避雷器的性能要求要满足线路的绝缘配合要求，串联间隙的距离确定原则需考虑最大距离、最小距离及安装要求；其次，线路避雷器的试验方法中需考虑雷电冲击伏秒特性和高杆塔的微风振动特性；最后，需规范线路避雷器的差异化配置原则，提出适用的运行维护要求。 本系列标准提出了电压等级覆盖 10kV～1000kV 的全系列交流线路避雷器参数，提出了带串联间隙线路避雷器间隙距离的确定原则，提出了考虑雷电冲击伏秒特性和高杆塔微风振动特性的线路避雷器试验方法，提出了绝缘子支撑间隙线路避雷器技术要求及试验方法，确定了线路避雷器配置原则，规范了线路避雷器的差异化使用，提出了适用的运行维护要求，完善了 10kV～1000kV 线路避雷器的结构设计和参数选择等一系列关键技术的研究，完善了线路避雷器的使用条件、技术要求、试验方法、检验规则、差异化应用等，建立了适用于我国的可覆盖 10kV～1000kV线路避雷器产品设计、试验检验、设备选用全过程的交流线路避雷器标准体系。 本系列标准是国内三大线路避雷器权威检测机构的主要采用标准，是国家电网、南方电网等线路避雷器物资招标采购规范的主要参考标准。依托标准提出的选用原则、技术参数和试验方法，国家电网公司、南方电网公司已完成 10kV～1000kV 全系列交流线路避雷器的挂网使用，总量超过 100 万台。依托本系列标准开展的避雷器产品设计、试验检验、设备选用等工作，已全面支撑了我国输配电工程的防雷设计、建设及运行，为提高我国输配电线路工程雷电防护水平、节省工程投资、实现工程设计规范合理，发挥了重要的支撑和指导作用，提高了线路雷电防护水平和供电可靠性，提升了我国电力行业的技术竞争力，产生的间接经济效益超过数十亿元，体现了本系列标准良好的技术适用性。