一起1000kV 特高壓交流線路跳閘事故的原因分析

孫 儀 彭 偉 高衛(wèi)恒 梁 肖 于 洋 田躍軍 陳天宇 楊 子

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司 調(diào)度控制中心，安徽 合肥230000）

1 概述

在電力系統(tǒng)中，1000kV 及以上的交流輸電具有輸電容量大、距離遠、損耗低、占地少等突出優(yōu)勢，但1000kV 線路輸送功率一般達到300 萬千瓦及以上，線路跳閘后對電網(wǎng)造成的沖擊較大。在線路發(fā)生跳閘事故后，值班調(diào)度員處置故障應(yīng)根據(jù)下列原則：及時發(fā)現(xiàn)故障，盡速限制故障的發(fā)展，消除故障的根源，盡速解除對人身和設(shè)備安全的威脅。盡可能保持設(shè)備繼續(xù)運行，保證對用戶連續(xù)供電。而雷電定位系統(tǒng)（LLS）是一種實時雷電監(jiān)測系統(tǒng)，它主要是由方向時差探測器（TDF）、中央處理機（NPA）和雷電信息系統(tǒng)（LIS）三部分所組成。它能夠?qū)崟r顯示雷擊發(fā)生的時間、位置、回擊次數(shù)等各種雷電參數(shù)，對線路跳閘后雷擊位置能夠提供較為準確的數(shù)據(jù)，可以極大減輕巡線人員的工作量。本文對一起1000kV 特高壓交流線路跳閘事故的原因進行了詳細分析，并提出了減少線路遭雷擊跳閘事故的解決方法。

2 故障基本情況

2.1 故障概述

2020 年XX 月XX 日19 時15 分08 秒，1000kV 某線B 相故障跳閘，重合閘成功。故障時線路運行電壓為1000kV，負荷為2128.7MW。

變電站故障測距信息為2020 年XX 月XX 日19 時15 分08 秒893 毫秒，距A 變93 公里，1000kV 某線故障跳閘，對應(yīng)區(qū)段為181#-182#，位于甲市乙縣桃村鎮(zhèn)錢村。

分布式測距系統(tǒng)：2020 年XX 年XX 日19 時15 分08 秒892 毫秒，1000kV 某線線路發(fā)生雷擊跳閘，重合閘成功，故障相為B 相（左上相），位置在114#-228#桿塔之間，距離228#桿塔小號側(cè)方向8.7 公里，距離A 變105.463 公里，故障桿塔在208#桿塔附近，位于甲市乙縣東亭鄉(xiāng)柳亭村。

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)：2020 年XX 年XX 日19 時15 分08 秒892 毫秒955 毫秒，1000kV 某線207#-208#通道1km 范圍有落雷，雷電流大小為-34.2kA、-25.7kA。經(jīng)故障巡視，故障塔位為208#。

2.2 故障區(qū)段基本情況

1000kV 某線西起A 變電站，東至B 變電站，全線途經(jīng)安徽、浙江兩省，輸電能力6000MW。省內(nèi)運維區(qū)段1#-232#，桿塔共計232 基，路徑長度125.163km，于2013 年9 月25 日投入運行。該線同塔雙回架設(shè)，1#-98#B 相為左下相、98#-200#B 相為左中相、200#-232#B 相為左上相。省境內(nèi)途經(jīng)蕪湖市（蕪湖縣）、宣城市（宣州區(qū)、廣德縣、郎溪縣）2 市4 縣區(qū)。

故障桿塔為208#，桿塔型號為SZC303。導(dǎo)線型號為8×LGJ-630/45 鋼芯鋁絞線，右側(cè)地線采用JLB20A-240 鋁包鋼絞線，左側(cè)光纜采用OPGW-240 復(fù)合光纜。絕緣配置為雙聯(lián)I 串復(fù)合絕緣子，型號為FXBW-1000/300，結(jié)構(gòu)高度9000mm，爬距30000mm。故障桿塔及前后5 基桿塔設(shè)計電阻值為20Ω（206#）、15Ω（207#）、15Ω（208#）、20Ω（209#）、20Ω（210#），雷害等級為C2 級（安徽2016 版雷區(qū)圖，5-7.98 次/km2·a）。故障區(qū)段平均海拔高度為43m，主要地形為平原。

該線路曾于2016 年6 月發(fā)生雷擊故障跳閘一次。

圖1 故障區(qū)段斷面圖

2.3 故障區(qū)段基本情況

根據(jù)氣象信息，故障發(fā)生時甲市乙縣區(qū)域為雷暴大雨天氣，并伴有8 至9 級陣風(fēng)。

3 雷電定位系統(tǒng)查詢情況及巡視情況

3.1 雷電定位系統(tǒng)查詢

雷電信息系統(tǒng)是雷電定位系統(tǒng)的三個組成部分之一，它主要實現(xiàn)的是雷擊點位置及雷暴運行軌跡的顯示和雷電信息的分析統(tǒng)計。雷電信息系統(tǒng)在收到中央處理機發(fā)來的雷電信號后，根據(jù)雷電的經(jīng)緯度，通過一系列的變換、計算、處理使其成為一個圖形坐標(biāo)，并將雷擊點及雷電參數(shù)定位在屏幕上地圖的相應(yīng)位置。雷電定位系統(tǒng)的主要功能有：雷電數(shù)據(jù)的準實時圖形顯示、雷擊線路故障的故障桿查詢、雷電活動統(tǒng)計、雷電活動詳情、輸電線路瀏覽等。經(jīng)查詢雷電定位系統(tǒng)，保護動作時間段故障區(qū)段附近有落雷（雷電流-34.2kA），落雷時間為XX 月XX日19 時15 分08 秒892 毫秒，落雷時間與保護動作時間（XX 月XX 日19 時15 分08 秒）及分布式時間（XX 月XX 日19 時15分08 秒892 毫秒）完全吻合；落雷測距在207#-208#附近，該位置與分布式定位的故障桿塔完全吻合。

3.2 故障巡視及處理

當(dāng)日17 時33 分，運維單位設(shè)備主人對故障區(qū)段開展了特殊天氣來臨前專項巡視，線路無異常。

圖2 雷電定位系統(tǒng)中雷電記錄

當(dāng)日19 時35 分，運維單位接到上級調(diào)度故障查線通知后，立即組織5 名巡視人員，分為2 個小組趕赴現(xiàn)場開展故障查線工作，因現(xiàn)場為雷暴大雨天氣，人員無法登塔進行高空查線，且天黑無人機不具備飛行條件?，F(xiàn)場對故障查線工作進行以下分工：1 組人員開展沿線群眾走訪、1 組人員對通道內(nèi)導(dǎo)地線、金具串等部位開展巡查，據(jù)附近群眾反映故障時段現(xiàn)場電閃雷鳴，雷聲很大并伴有大雨，且208#桿塔附近有火花，并聽到與雷電聲不同的爆炸聲。

次日6 時，運維單位再次趕赴現(xiàn)場開展故障巡視，天氣狀況晴。12 名巡視人員分3 個小組對1000kV 某線206#-210#區(qū)段開展登塔故障巡視，根據(jù)故障測距信息及雷電定位系統(tǒng)信息，故障查線人員在208#進行檢查時，發(fā)現(xiàn)208#桿塔左上相（B相，故障相）橫擔(dān)掛點、鐵塔端均壓環(huán)、導(dǎo)線均壓環(huán)及8#子導(dǎo)線部位有明顯放電痕跡；因臺風(fēng)影響，當(dāng)?shù)貫楸┯晏鞖?，且雷電流幅值較小，未在絕緣子串發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡。

4 故障原因分析

4.1 故障原因排查

（1）地形情況：208#桿塔位于甲市乙縣東亭鄉(xiāng)柳亭村，桿塔所在地形為平原，通道良好，無漂浮物、機械施工等隱患。208#-209#線路右側(cè)約1km 范圍內(nèi)有水庫，208#桿塔地面傾角0°，地面高程為50m，小號側(cè)檔距420m，大號側(cè)檔距536m。（2）塔型情況：208#桿塔為鋼管直線塔，塔型為SZC303，呼高57m，全高99.1m，左上相（B 相）保護角-30°。（3）絕緣配置：208#桿塔絕緣子為雙聯(lián)I 串復(fù)合絕緣子，型號為FXBW-1000/300，絕緣子高度9000mm，串長9451mm，爬距30000mm。（4）接地情況：208#桿塔接地型式為T25-5B，方框射線加接地模塊型式，設(shè)計阻值為15Ω。線路跳閘當(dāng)日實測電阻值為A 腿0.99Ω、B 腿2.76Ω、C 腿0.9Ω、D 腿0.98Ω，接地電阻合格，接地引下線與主材連接處檢查正常。

為加強特高壓線路運維保障，運維單位縮短測量周期，2020年上半年已完成1000k 該線路全線接地電阻測量工作，均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)等異常情況。

4.2 雷電定位系統(tǒng)及測距數(shù)據(jù)分析

雷電定位系統(tǒng)情況：2020 年XX 月XX 日19 時15 分08 秒892 毫秒，207#-208#有1 次落雷，雷電流幅值為-34.2kA；根據(jù)A 站故障錄波信息，19 時15 分08 秒892 毫秒，線路發(fā)生故障。通過比對，落雷時間與跳閘時間完全吻合。

雷電定位系統(tǒng)情況：2020 年XX 月XX 日19 時15 分08 秒892 毫秒,207#-208#桿塔附近有落雷，雷電流幅值為-34.2kA。落雷時間、落雷位置與線路跳閘時間、故障塔位完全吻合。

分布式故障診斷裝置情況：2020 年XX 月XX 日19 時15分08 秒892 毫秒，208#桿塔發(fā)生雷擊跳閘。測距時間、定位位置與線路跳閘時間、故障塔位完全吻合。

4.3 雷擊原因分析

根據(jù)電科院計算結(jié)果，1000kV 該線路208#繞擊耐雷水平約為32.1kA。采用接地電阻設(shè)計值15Ω，計算得到208#反擊耐雷水平約為178.4kA；根據(jù)接地電阻實測值取最大值2.76Ω，計算得到1000kV 該線路208#塔反擊耐雷水平約為204.3kA。

根據(jù)雷電定位系統(tǒng)中的查詢結(jié)果，實測雷電流為-34.2kA，高于208#塔繞擊耐雷水平，遠低于208#塔反擊耐雷水平。

結(jié)合SZC303 塔上B 相（左上相）導(dǎo)線掛點高度、導(dǎo)線中距及地線掛點高度、地線中距，根據(jù)改進型EGM模型算得最大繞擊擊距rs=77.5m、最大繞擊電流Is=9.3kA。雖然實測雷電流幅值高于最大繞擊電流Is，但是考慮到故障時現(xiàn)場降雨量較大、風(fēng)速較高，以及沖擊電暈的影響，仍存在雷電流繞擊B 相的概率。

綜上因素，判斷2020 年XX 月XX 日19 時15 分08 秒892毫秒，負極性雷電繞過避雷線擊中1000kV 該線路208#左上相（B 相），雷電流幅值在-34.2kA，超過線路繞擊耐雷水平（32.1kA），造成線路跳閘。故障原因為雷電繞擊。

4.4 防雷措施效果分析

1000kV 該線路為同塔雙回架設(shè)，208#前后桿塔均安裝了可控避雷針，且防雷設(shè)施功能正常；2017、2018、2020 年均開展一次接地電阻檢測，全線接地電阻均合格。

5 故障暴露的問題及解決方法

故障相地線保護角為-30°，已采取負保護角設(shè)計，且絕緣較高，但雷電幅值超過設(shè)計水平，仍會造成線路跳閘。故障桿塔208#位于平原，為局部高點，且附近有湖泊，易受雷擊。該線路故障桿塔前后均已安裝防雷設(shè)施（可控避雷針），但無法避免雷擊故障的發(fā)生。輸電線路的防雷并不是能夠徹底解決的，雷電活動是一個復(fù)雜的自然現(xiàn)象，需要綜合考慮系統(tǒng)的運行方式、線路電壓等級和重要程度、線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌特點、土壤電阻率等自然條件。同時需要不斷的積累運行管理經(jīng)驗，加強線路運行維護，才能盡量減少雷害的發(fā)生，將雷害帶來的損失降低到最低限度。

下一步需對故障桿塔進行防雷評估，在故障區(qū)段前后安裝線路避雷器。根據(jù)評估與校核結(jié)果，實施針對性防雷措施。下一次停電檢修期間，對故障區(qū)段絕緣子、導(dǎo)線、懸垂線夾進行檢查和檢測，對損壞設(shè)備及時進行更換。