750?kV同塔雙回線路沿長間隙雷擊放電故障分析

馬 軍

(國網甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

750?kV同塔雙回線路沿長間隙雷擊放電故障分析

馬 軍

(國網甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

針對國內首條750 kV同塔雙回線路發(fā)生的沿長間隙雷擊放電故障，對故障點進行查找;結合故障塔的地形和基本參數，對故障原因進行了排查及分析;提出了線路防雷措施，可為其他線路的長間隙雷擊放電故障提供參考。

同塔雙回線路；雷電繞擊；長間隙放電;防雷

0 引言

某一、二線是國內首條同塔雙回架設的750?kV超高壓輸電線路，于2009-05-25正式投產運行，是西北750?kV電網聯接陜、甘、青、寧4省(區(qū))，實現西北水、火、風電打捆外送的戰(zhàn)略通道。線路10?mm，15?mm冰區(qū)同塔雙回架設，20?mm，30?mm 重冰區(qū)單回路架設。該 750?kV 線路二線全長268.105?km，共有鐵塔505基，其中單回路段長36.185?km，鐵塔99基(耐張塔36基，直線塔63基)。該線路海拔高，覆冰重，地形、地質情況較為復雜。海拔高程為 1?212—2?737?m，沿線高山占26.6?%，一般山地占48.4?%，丘陵21.9?%，平地占 3.1?%。設計風速 30?m/s，在六盤山主脈風速為 33?m/s。

1 故障跳閘情況

2010-07-16T15:51:58，該 750?kV 線路二線C相發(fā)生瞬時接地故障，兩側線路保護和斷路器輔助保護正確動作。蘭東變7540，7541斷路器C相跳閘，7540，7541PSL—632C斷路器輔助保護動作，7541斷路器于故障發(fā)生后705?ms重合成功，7540斷路器于故障發(fā)生后1?327?ms重合成功；平涼變7540，7541斷路器C相跳閘，7540，7541RCS-921A斷路器輔助保護動作，7541斷路器于故障發(fā)生后702?ms重合成功，7540斷路器于故障發(fā)生后1?277?ms重合成功。

線路兩端故障錄波顯示故障點距蘭東變 89.57?km， 距 平 涼 變 157?km， 與 線 路 長 度268.105?km不吻合21.5?km。初步判定故障鐵塔范圍為146—192號，跨度25.4?km，處于會寧縣桃花山至太平鎮(zhèn)地段。

2 故障查線情況

7月16日20:00，線路運維人員趕到會寧縣。故障發(fā)生時為雷陣雨天氣，雷電活動頻繁，降雨量較大，溫度15—26?℃，東南風，風力4—5級。由于故障區(qū)段線路鐵塔型式為鼓型雙回路塔，故障相別為中(C)相，單側中相橫擔較上相(B相)、下相(A相)橫擔長，結合當時天氣情況分析，發(fā)生雷電繞擊中(C)相導線的可能性較大。

7月17日，地面巡查145—194號，巡視長度27.673?km，共檢查鐵塔50基，未發(fā)現故障點及異常情況。7月18—20日，巡視人員穿著合格的全套屏蔽服帶電登塔查找故障點，巡視區(qū)段為139—184號，查線26.325?km，檢查鐵塔46基，發(fā)現147，156，168，169號地線放電間隙燒傷。

3 故障塔情況

3.1 地形情況

故障區(qū)段線路地形為山地，山勢較陡。169號鐵塔位于山脊頂部，海拔高度2 009.2 m，小號側檔距758 m，為陡坡斷溝，溝底與塔位高差在200 m以上；大號側檔距295 m，為緩坡山洼。163—174號區(qū)段(6.72 km)中169號鐵塔海拔最高。

3.2 基本參數

圖1 ZGU225型塔頭單線

169號鐵塔為該線路一、二線同塔雙回架設，塔型ZGU225(33)，鼓型塔，塔高68.2 m，單側上橫擔長13 m、中橫擔長15.8 m、下橫擔長13.8 m、地線橫擔長16.3 m；單側中相(C相)橫擔較上相(B相)、下相(A相)橫擔分別長2.8 m和2.0 m。上橫擔至中橫擔垂直高度為16.8 m，中橫擔至下橫擔垂直高度為15.2 m，地線掛點至中相掛點垂直高度為25.88 m，保護角為0。塔頭單線如圖1所示。

經計算，中相(C相)右下子導線小號側防振錘錘頭至下橫擔(A相)小號側端頭，順線路水平距離1.0 m，橫線路水平距離1.8 m，垂直距離6.26 m。

設計氣象條件為西北地區(qū)氣象分區(qū)Ⅲ，絕緣子串型為2×41片，爬電比距2.71 cm/kV，絕緣子型號為XSP—210，結構高度170 mm，爬距545 mm，絕緣子串長6 970 mm，金具串總長8 743 mm。防振錘為FFR—4型，安裝距離1.45 m；下相橫擔端部寬1.7 m。

4 故障原因排查

(1) 故障區(qū)段設計為Ⅱ級污區(qū)，污穢等級較低。因6月份結合線路停電對絕緣子剛進行了清掃，故障區(qū)段絕緣子比較干凈，登塔檢查也證實了這一點。從故障現場情況看，沒有發(fā)現沿絕緣子表面放電的痕跡，因此可以排除絕緣污閃的可能。

(2) 故障區(qū)段線路下方無塑料大棚和樹木，故障巡視未發(fā)現導地線上懸掛或地面有脫落的薄膜、繩線等異物，因此可以排除異物短路放電的可能。

(3) 169號鐵塔地質為濕陷性黃土，故障巡視中對169號鐵塔接地電阻進行測量(實測值如表1所示)，均符合設計要求(169號鐵塔接地型式TJ10，設計允許工頻電阻值為20 Ω)。這說明接地網性能良好，能夠及時將雷電流泄入大地，因此可以排除反擊的可能。

表1 故障塔接地電阻實測值

(4) 通過對169號鐵塔塔頭各部尺寸計算，得出中相(C相)右下子導線小號側防振錘錘頭與下相(A相)橫擔小號側端頭的凈空距離為6.6 m，較絕緣子串(長6.97 m)短0.37 m，中相右下子導線防振錘與下橫擔端頭形成放電通道，如圖2所示。中橫擔長出上、下橫擔，且由于地線掛點至中相掛點垂直高度為25.88 m，檔距中央的垂直高度相差更大，雷電易繞擊中相。因此，可斷定雷電繞擊中相(C相)導線，在169號右下子導線小號側防振錘與下橫擔(A相)小號側端頭形成雷電放電通道，擊穿了空氣間隙引起C相跳閘。雷電瞬間消失后空氣間隙絕緣恢復，重合閘動作使線路又恢復運行。

169號鐵塔距平涼變169.97 km(距蘭州東101.38 km)，與平涼側行波測距基本吻合。

5 故障分析結論

2010-07-27，西北電網公司在蘭州組織召開該750 kV線路二線C相瞬時接地故障分析會，會議對此次故障原因進行了分析，結論如下。

(1) 查詢國網雷電定位系統數據，在故障發(fā)生的瞬間故障區(qū)段確有雷電活動。

(2) 雷電監(jiān)測網提供該瞬間故障區(qū)段的雷電流幅值均小于35 kA，并依據國內外高塔運行經驗，鼓型塔中相雷擊跳閘多為繞擊造成。

(3) 相關研究表明，架空地線對地距離超過45—50 m后，對導線的屏蔽效果會減弱。169號鐵塔全高68.2 m，且位于山脊頂部，檔距中央導、地線對地距離更大，小號側地線對地距離超過200 m，架空地線的屏蔽效果大大降低；導、地線在風力作用下擺動，一定程度上影響了防雷保護角，致使中相更容易遭受雷擊。

(4) 169號鐵塔接地裝置連接良好，接地電阻極小，耐雷水平超過150 kA。169號直線塔地線放電間隙燒傷，說明避雷線起到泄放雷電能量的作用，卻未能防止另一次雷電繞擊，未能有效保護C相。

由此，此次故障是雷電繞擊中相(C相)，致使169號鐵塔中相右下子導線小號側防振錘與下橫擔(A相)小號側端頭空氣間隙擊穿，形成雷電放電通道，引起C相跳閘。

圖2 中相右下子導線防振錘與下橫擔端頭形成放電通道

6 防雷措施

該750 kV線路二線連續(xù)2年(2009，2010年)出現雷擊跳閘，故障定性為繞擊；雷擊故障點相鄰在20 km內，故障區(qū)域可能是局部地勢下的小氣候。建議采取如下幾個防雷措施。

(1) 針對該750 kV線路防繞擊時，不建議加裝線路避雷器。其理由是：尚無法確定在哪些塔位加裝才能起到良好的防雷效果，裝線路避雷器費用高、增加運維成本。但可在故障區(qū)域試裝較經濟且免運維的防繞擊避雷針，為750 kV線路防雷增效積累運行經驗。

(2) 鑒于還未完全掌握該線路運行規(guī)律，目前應繼續(xù)加強對雷電的監(jiān)測，并總結、積累運行經驗，待條件成熟時，對該線路進行有針對性的防雷差異性評估，最后根據雷電活動的規(guī)律制定相應的防雷措施。

7 結束語

超、特高壓輸電線路塔頭空氣間隙、絕緣子串長度都較大，運行中要充分考慮擊穿間隙的離散性、隨機性及不確定性，以便準確分析雷擊故障原因，科學總結雷擊規(guī)律，制定有效措施，不斷提高線路防雷技術水平。

1 中國電力科學研究院.GB/T 50064—2014交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

2 解廣潤.電力系統過電壓[M].北京：水利電力出版社，1994.

3 韓志堅，黃建元，王 剛.蘇州市區(qū)10 kV架空絕緣導線雷擊斷線分析及對策[J].電力安全技術，2011，13(2)：5-7.

2017-06-12。

馬 軍(1977—)，男，高級工程師，主要從事超、特高壓輸電線路運檢技術工作，email：majunwuwei@126.com。