雷害事故严重威胁了电力系统安全运行，地处旷野的输电线路防雷是减少电力系统雷害事故的关键。近年来，国内外将防雷问题的研究建立在更全面科学的雷电参数统计结果基础之上，针对性更强，经济性更好。国网内蒙古东部电力有限公司（以下简称蒙东公司）雷电定位系统已装设4 a，积累了一定数量的雷电分布数据，具备了对线路走廊进行雷电分布统计分析的条件，针对性地对防雷工作提供依据。

雷击输电线路会在线路上产生很高的雷电过电压，造成绝缘子串闪络，线路跳闸等事故。雷电过电压还可能损坏发电厂和变电站等重要场所的电气设备元件，产生严重的后果。

雷击输电线路跳闸主要分为反击跳闸和绕击跳闸两种^[1]。反击跳闸指雷击杆塔或避雷线所造成的跳闸，绕击跳闸指雷击导线所造成的跳闸。发生反击的雷电流大，使杆塔横担电位升高，造成绝缘子串闪络。绕击则雷电流相对较小，但是直击导线会导致极高的跳闸率。

目前国内外常用的防雷措施有架设避雷线、降低杆塔接地电阻、安装线路避雷器、架设耦合地线和增加线路绝缘等^[2]，目的在于防止雷直击输电线路、降低雷电过电压和加强线路自身绝缘以提高输电线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。

线路防雷采用的方法大同小异，未经过合理的优化布置，投入大量人力、财力，防雷效果却不理想，其原因在于忽视了雷电活动受地形地貌和环境气候影响的不确定性。不同地域、不同季节的雷电参数不同，因此不能一概而论。另外，常规防雷措施缺乏对不同线路段的结构、绝缘、地形地貌等特征的全面考虑，导致防雷措施针对性不强，技术经济性不高，难以得到预期的效果。

为解决以上问题，近年来国内外将防雷问题的研究建立在更全面、科学的雷电参数统计结果基础上，并结合地形地貌、线路参数及绝缘配置等特征对杆塔雷害风险等级进行评估，根据评估结果有针对性地进行线路防雷措施改进^[3]。

差异化防雷就是对输电线路雷害风险等级进行评估，并采取因地制宜的防雷策略。根据雷害风险等级梳理出线路中防雷性能薄弱的杆塔，明确输电线路雷击风险和治理策略，有针对性地对输电线路进行防雷措施改进，既可提高输电线路运行可靠性，又能避免不合理的改造所造成的浪费，从而在技术经济比较上取得良好的效果。目前已在华北、华东、湖北、陕西和安徽等多个地区推广应用^[4]。

根据雷电定位系统收集到的数据得到雷电参数，包括雷电流幅值概率和平均地闪密度，经分析，其值大的地区的输电线路杆塔遭受雷击的概率大。

输电线路所处的地形地貌在一定程度上影响了其遭受雷击的概率^[5]。《DL/T 620—1997交流电气装置的过电压和绝缘配合》中地形地貌分为山区和平原。研究表明山区输电线路比平原地区输电线路遭受雷击的概率大。

输电线路参数主要包括线路电压等级、杆塔结构参数、绝缘配置和接地电阻等。研究表明：直线塔遭受雷击的概率小于耐张塔，线路接地电阻越小反击耐雷水平越高，保护角越小绕击概率越低等。输电线路雷害风险等级评估时需全面考虑这些问题，使评估结果更符合实际情况^[6]。

以跳闸率为衡量标准，将雷击输电线路闪络风险等级分为A、B、C、D四个等级^[7]。具体分级标准见表 1。表 1中，S_r、S_f分别为绕击风险控制标准和反击风险控制标准，其值取自国家电网公司《110（66）kV~500 kV架空输电线路管理规范》中第八十九条：跳闸率规定值（40个雷暴日）×运行经验中绕击所占比例，跳闸率规定值×运行经验中反击所占比例；P_r、P_f分别为计算的绕击跳闸率和反击跳闸率；P为跳闸率^[8]。

表 1(Table 1)

表 1 输电线路雷击闪络风险评估分级标准

表 1 输电线路雷击闪络风险评估分级标准

本文采用电力系统电磁暂态程序ATP-EMTP搭建了雷击线路杆塔反击跳闸计算模型，并采用电气几何模型编制了计及工作电压和地面倾角的线路绕击跳闸计算程序。

根据杆塔风险等级评估结果，并结合线路已有的雷击跳闸事故以及线路重要性等因素，提出改造方案。改造杆塔的顺序是：（1）遭受过雷击的杆塔；（2）进线段杆塔；（3）输电走廊长的大跨越杆塔；（4）风险等级高的杆塔。结合杆塔实际情况提出降低接地电阻、安装塔头避雷针和加装线路避雷器等改进措施。

伊穆±500 kV直流输电线路于2010年9月投运，是蒙东地区首条直流外送通道，也是呼伦贝尔地区火电基地外送主要通道。线路全长908 km，起于内蒙古自治区呼伦贝尔市的伊敏换流站，止于辽宁省境内的穆家换流站。

蒙东公司主要负责管辖伊穆直流输电线路内蒙古段，长度为716 km，横跨呼伦贝尔市、兴安盟和通辽市三地，高山峻岭占8.0%。2013年6月伊穆直流输电线路内蒙古段发生了2起雷击跳闸事故，通过分析、计算，初步确定造成伊穆直流输电线路雷击跳闸的主要原因是绕击^[9]。

蒙东地区每年的5—7月为雷雨高发季节，从雷电定位系统获取的数据来看，蒙东地区70%以上雷电为负极性雷。

图 1、图 2为2012年及2013年雷电流幅值分布图。

图 1(Figure 1)

图中：负极性雷电数量；负极性雷电累积概率；正极性雷电数量；正极性雷电累积概率 图 1 2012年雷电流幅值分布图

图 2(Figure 2)

图中：负极性雷电数量；负极性雷电累积概率；正极性雷电数量；正极性雷电累积概率 图 2 2013年雷电流幅值分布图

由图 1和图 2可知，2012年负极性雷平均雷电流为-38 kA，正极性雷平均雷电流为79 kA；2013年负极性雷平均雷电流-38 kA，正极性雷平均雷电流为87 kA。

分析得出2012—2013年蒙东地区正极性雷的雷电流幅值95%以上大于30 kA，伊穆直流输电线路最大绕击电流为40 kA，因此正极性雷基本不会造成线路绕击，负极性雷是造成伊穆直流线路绕击的主要原因。从雷电流幅值来看，2013年的绕击风险较2012年有所增大。因此从雷电特征参数来看，蒙东地区雷电反击风险较小，防雷应主要以防雷电绕击为主。

由雷电定位系统监测到的数据得出2011— 2013年蒙东地区地闪密度图如图 3—图 5所示，平均地闪密度如图 6所示。

图 3(Figure 3)

图 3 2011年蒙东地区地闪密度

图 4(Figure 4)

图 4 2012年蒙东地区地闪密度

图 5(Figure 5)

图 5 2013年蒙东地区地闪密度

图 6(Figure 6)

图 6 2011—2013年蒙东地区平均地闪密度

2011年蒙东地区伊穆直流输电线路全线落雷密度较小，2012—2013年呼伦贝尔地区雷电数相对较少，而兴安盟地区和通辽地区落雷密度相对较大^[10]。

伊穆±500 kV直流输电线路内蒙古段线路总长度716 km，铁塔总数1645基，其中，呼伦贝尔地区线路总长141.83 km，共有铁塔316基；兴安盟地区线路总长306.397 km，共有铁塔687基；通辽地区线路总长459.773 km，共有铁塔642基。

依据DL/T 620—1997中相关规定，在40个雷暴日，地闪密度为2.78次（/百公里·年）条件下，±500 kV直流输电线路的雷击跳闸率为0.14次（/百公里·年），结合±500 kV伊穆直流输电线路的运行经验，按雷击故障中绕击占90%、反击占10%的比例，依据表 1得出伊穆直流输电线路雷害风险评估标准，见表 2所示。

表 2(Table 2)

表 2 伊穆±500 kV直流输电线路雷击闪络

表 2 伊穆±500 kV直流输电线路雷击闪络

由于伊穆直流输电线路2次雷击跳闸事故均为绕击事故，且绕击是高压直流输电线路雷击故障的主要原因，对伊穆直流输电线路内蒙古段分区域（呼伦贝尔市、兴安盟和通辽地区）进行绕击闪络风险等级评估。图 7为呼伦贝尔地区杆塔绕击跳闸率，图 8为呼伦贝尔地区各风险等级对应杆塔数量，图 9为兴安地区绕击杆塔绕击跳闸率，图 10为兴安地区绕击各风险等级对应杆塔数量；图 11为通辽地区杆塔绕击跳闸率，图 12为通辽地区绕击各风险等级对应杆塔数量。

图 7(Figure 7)

图 7 呼伦贝尔地区杆塔绕击跳闸率

图 8(Figure 8)

图 8 呼伦贝尔地区绕击各风险等级对应杆塔数量

图 9(Figure 9)

图 9 兴安地区杆塔绕击跳闸率

图 10(Figure 10)

图 10 兴安地区绕击各风险等级对应杆塔数量

图 11(Figure 11)

图 11 通辽地区杆塔绕击跳闸率

图 12(Figure 12)

图 12 通辽地区绕击各风险等级对应杆塔数量

根据评估结果可知，呼伦贝尔地区绕击风险等级A、B、C、D各级杆塔的数量比例为14.2%、34.8%、41.2%和9.8%；兴安地区绕击风险等级A、B、C、D各级杆塔的数量比例为11.8%、32.0%、37.3%和18.9%；通辽地区绕击风险等级A、B、C、D各级杆塔的数量比例为25.8%、34.8%、31.9%和7.5%。所以，伊穆±500 kV直流输电线路内蒙古段存在着一定的绕击风险，受直流杆塔塔形的影响较大。另外，根据蒙东地区雷电参数，近几年兴安地区和通辽地区雷电数较多，在一定程度上增大了伊穆±500 kV直流输电线路杆塔的绕击风险。

伊穆±500 kV直流输电线路防雷措施改进的目的是要提高线路杆塔绕击耐雷性能。对故障杆塔及风险等级为D的杆塔加装线路避雷器可减小线路遭受绕击跳闸的风险。根据风险等级评估结果，伊穆直流输电线路全线共208基杆塔风险等级处于D级，需要对其进行防雷措施改进，即在杆塔正极导线上加装1支避雷器。依据差异化防雷措施改进原则，对绕击风险等级为D的杆塔按危险程度由大到小进行排序，排序原则为：

（1）绕击风险等级为D且遭受过雷电绕击的杆塔；

（2）绕击风险等级为D的大跨越杆塔；

（3）绕击风险等级为D，并按杆塔绕击跳闸率大小依次加装。

建议根据改造资金情况逐步对伊穆直流输电线路208基风险等级为D级的杆塔加装避雷器。

差异化防雷方法能够更有针对性地对输电线路杆塔进行防雷，在保证防雷性能的同时，提高了其经济性。本文利用蒙东地区2012—2013年各年平均雷电参数统计结果，对伊穆±500 kV直流输电线路内蒙古段杆塔逐基进行了防雷计算。确定了目前线路主要的雷击跳闸风险来源于绕击。对每基杆塔的绕击风险进行等级评估。最后对风险等级为D的杆塔提出了防雷措施改进方案，以便降低线路的绕击跳闸率。