一起大電流雷擊故障跳閘分析

劉 熙劉 剛王 飛雷夢飛

（1.國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司，湖北 武漢 430074；2.遼寧省電力公司，遼寧 沈陽 110004）

0 引言

架空輸電線路是電網(wǎng)建設基礎，是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它將能源中心轉(zhuǎn)變而來的巨大電能輸送到四面八方的負荷中心，輸電線路的安全穩(wěn)定運行直接影響著電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性。由于架空輸電線路分布在野外，綿延數(shù)千里，所經(jīng)地區(qū)地形地貌錯綜復雜，因此極易遭受雷擊引發(fā)故障。電網(wǎng)故障分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在交流高壓/超高壓輸電線路運行的總跳閘次數(shù)中，由于雷擊引起的跳閘次數(shù)占40%～70%[1-2]。本文通過對某220kV高壓輸電線路的一次大電流雷擊事故分析，找出存在的問題，提出改進措施，對于預防類似事故的再次發(fā)生，具有重要意義。

1 故障情況描述

2013年11月06日23時32分，某220kV線路第二套縱聯(lián)保護、距離Ⅰ段保護動作，開關跳閘，A、B、C三相故障，01時35分強送良好。測距39.1公里，重點地段45～75號，重點塔號60號。該線路全長67.225公里，計151基鐵塔，絕緣配置為FXBW4-2240/100合成絕緣子，地線型號為左線 GJ-50、右線 OPGW-24B，保護角15度。故障桿塔地形為山地，鐵塔位于山坡。

2 故障調(diào)查

2.1 故障線路巡視情況

供電公司11月7日登塔巡視發(fā)現(xiàn)，該線59號中線（C相）上下均壓環(huán)及導線有放電痕跡；左線（B相）復合絕緣子及避雷器沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，但避雷器表數(shù)指示

發(fā)生變化（安裝時表數(shù)為0，現(xiàn)表數(shù)為6）；右線（A相）復合絕緣子及避雷器沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，但避雷器表數(shù)指示發(fā)生變化（安裝時表數(shù)為0，現(xiàn)表數(shù)為1）；桿塔A腿、B腿接地引上線與塔腿連接部分有輕微放電痕跡。59號塔塔型為Z2直線塔，呼稱高23.7m，實測22Ω。在巡視中還發(fā)現(xiàn)62號左線（B相）上、下均壓環(huán)均有輕微放電痕跡，右線（A相）上、下均壓環(huán)均有輕微放電痕跡，其它部位無異常。62號塔型為Z2直線塔，呼稱高20.7m，接地型式為環(huán)形石墨接地，實測24Ω。

2.2 雷電定位系統(tǒng)查詢

通過查詢故障線路在故障時刻前后2分鐘、線路走廊半徑2km范圍內(nèi)的落雷情況，在2013年11月6日23時32分33秒，距離60#～61#桿塔1.2km處有一幅值達520.8kA的落雷，根據(jù)59#、62#故障桿塔巡視情況和周圍環(huán)境、當天天氣狀況，初步判斷為反擊雷造成線路A、B、C三相故障。

3 故障區(qū)段桿塔反擊耐雷水平計算

由于此次雷擊跳閘故障監(jiān)測雷電流較大，超過了500kA，因此重點對59#、62#故障區(qū)段桿塔的反擊耐雷水平進行計算分析。計算所采取的方法是基于電磁暫態(tài)仿真分析程序的ATP-EMTP法，在ATP中分別建立雷電電流波形和雷電通道波阻抗模型、輸電線路模型、桿塔模型、絕緣子串閃絡模型、接地電阻模型及感應電壓模型，在考慮導線自身工作電壓的情況下計算其在實際土壤電阻率及接地電阻值情況下的一相、兩相和三相閃絡耐雷水平，其中，雷電流源選取2.6/50.0μs的標準雙指數(shù)波，雷電通道波阻抗取400Ω，輸電線路模型采用頻率相關(基于相域變換)模型，元件參數(shù)與系統(tǒng)頻率相關，桿塔模型采用多波阻抗模型，可得到桿塔各部位電位分布情況，且與實際情況下的電位分布非常接近，絕緣子串閃絡模型采用先導法判別，當先導長度達到間隙長度時，間隙擊穿，絕緣子串閃絡，接地電阻模型采用IEC推薦公式來計算有沖擊電流流過時接地體的沖擊阻抗值，感應電壓模型采用比較符合實際情況的試驗數(shù)據(jù)擬合公式[3-4]。

58#～62#直線故障區(qū)段桿塔檔距、絕緣子串型號、導線及地線型號、土壤電阻率和實測接地電阻見表 1。

表1 58#～62#直線故障區(qū)段線路基本參數(shù)

58#～62#直線故障區(qū)段桿塔Z1及Z2塔型及參數(shù)如圖 1。

圖1 故障區(qū)段桿塔塔型圖(mm)

在ATP中建立的58#～62#直線故障區(qū)段桿塔反擊耐雷水平仿真模型如圖 2、圖 3、圖 4。

在導線工作電壓相位角分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°，桿塔接地電阻為22Ω的情況下，計算線路的一相、兩相和三相閃絡反擊耐雷水平，結(jié)果見表 2及圖 5。

圖2 故障區(qū)段58#、59#桿塔多波阻抗模型

圖3 故障區(qū)段60#、61#桿塔多波阻抗模型

由表2及圖 5可知，在桿塔接地電阻為22Ω的情況下，59#桿塔的單回、雙回及三相閃絡反擊耐雷水平平均值分別為101kA、114kA和163kA，且當導線工作電壓相位角為 60°和 240°時其單回閃絡及雙回閃絡耐雷水平一致，即受導線工作電壓的影響，在工作電壓相位角為 60°和240°時極易發(fā)生兩相跳閘故障。

在導線工作電壓相位角分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°，桿塔接地電阻為22Ω的情況下，考慮邊相安裝避雷器后線路中相(C相)反擊耐雷水平，結(jié)果見表 3及圖 6。

由表 3及圖 6可知，在邊相安裝避雷器后故障桿塔的反擊耐雷水平有較大提高，由于此次雷擊故障雷電流幅值達520kA，還是超出了安裝兩支避雷器后的反擊耐雷水平，因此造成了雷擊故障。

在導線工作電壓相位角分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°，桿塔接地電阻為22Ω的情況下，考慮雷電流520kA時，59#桿塔裝有避雷器的兩邊相

圖4 故障區(qū)段62#桿塔多波阻抗模型

表2 不同工作電壓初相角下的反擊耐雷水平及閃絡相

圖5 不同工作電壓初相角下的反擊耐雷水平

表3 邊相安裝避雷器后反擊耐雷水平(kA)

圖6 邊相安裝避雷器后反擊耐雷水平

(A相和B相)導線電壓幅值結(jié)果見表 4。

表4 59#塔邊相導線電壓幅值(kV)

忽略導線工作電壓，在桿塔接地電阻為22Ω的情況下，考慮雷電流520kA時，59#桿塔從流經(jīng)避雷器的電流，A、B相電流幅值分別為30.0kA、30.3kA。

4 結(jié)論及建議

1）本次事故為大電流雷擊導致的反擊造成的，且故障桿塔處于山坡，屬于易擊桿塔，需要對其防雷性能進行評估并加強防雷措施。

2）本線路所處地區(qū)雷電活動強烈，需要對全線進行防雷措施進行檢查，減少雷害風險。

3）本線路沿線土壤電阻率高，接地電阻普遍較大，需要對全線進行防雷性能評估，需要針對不同的雷害等級進行綜合治理。

［1］陳國慶,張志勁,孫才新,司馬文霞.輸電線路耐雷性能計算方法的研究現(xiàn)狀分析[J].重慶大學學報:自然科學版,2003(05).

［2］陳國慶,張志勁,孫才新,司馬文霞.輸電線路耐雷性能計算方法的研究現(xiàn)狀分析[J].重慶大學學報:自然科學版,2003(05).

［3］王志勇,余占清,李雨,何金良,耿屹楠,梁曦東.基于先導發(fā)展法的特高壓直流輸電線路繞擊特性分析[J].高電壓技術,2011(09).

［4］李瑞芳,吳廣寧,曹曉斌,馬御棠.復雜地形輸電線路繞擊耐雷性能計算方法的改進[J].高壓電器,2011(04).