500 kV同塔双回架空输电线路雷击原因分析

刘 静，张名祥，程登峰

1.安徽省电力科学研究院，安徽合肥，230022； 2.安徽省电力设计院，安徽合肥，230601

安徽省500 kV同塔双回线路时有雷电绕击线路造成雷击跳闸事故。安徽省杆塔500 kV同塔双回线路主力塔形多采用0°或负保护角，上相处在避雷线与中相导线之间，屏蔽效果强于中相，却时有雷电绕击上相事故发生。

1 跳闸情况分析

1.1 跳闸情况统计

2007～2012年底，安徽省500 kV同塔双回线路共发生雷击跳闸22起，其中反击跳闸4起，绕击跳闸18起，雷电绕击中相导线13起，绕击上相5起，雷电绕击线路上相造成线路跳闸。

1.2 塔形分析

5次雷击双回路塔上相跳闸事故中，仅线1为转角塔，其他均为直线塔。以SZ1塔形为例，双回路塔采用双地线，上相的地线保护角约为-13°，中相的保护角为0°，相对于上相，中相更易遭受绕击。

1.3 雷击杆塔地形位置

500 kV线路2和3故障杆塔所处位置为山坡的上山侧，线路1、4、5故障杆塔均处于平地。

2 雷击跳闸率计算

2.1 规程法

DL/T620-1997 《交流电气装置的过电压与绝缘配合》给出的计算方法和公式，主要针对500 kV及以下电压等级的单回线路，认为绕击率与雷电流大小无关，对地形因素的影响只用山区和平地来加以区分，并根据经验和小电流试验模型的结果提出综合平均法。

根据规程法及线路杆塔参数，线路绕击率计算如表1。

表1 规程法计算线路绕击率

2.2 电气几何模型法

电气几何模型是将雷电的放电特性与线路结构尺寸联系而建立的一种几何分析计算模型，安徽省500 kV架空输电线路多为同塔双回路，使用电气几何模型方法清晰简单。

在我国，主要采用绝缘子串两端出现的过电压超过绝缘子串或空气间隙50%冲击放电电压方法作为判据绝缘子闪络判断依据，只有雷电流满足I>U50%/100,才可能出现闪络，在雷电流小于Imin的情况下，即使发生绕击也不会造成线路绝缘闪络。

考虑避雷线和中相导线对上相导线的屏蔽作用，典型同塔双回路杆塔的电气几何模型如图1所示，以rs为半径，分别以避雷线S和上相导线A、中相导线B为圆心作圆弧，以避雷线和中相导线为圆心圆弧交于Ci，可以证明Ci的轨迹为避雷线和中相导线的垂直平分线；以避雷线和上相导线为圆心圆弧交于Ai，以上导线和中导线为圆心圆弧交于Bi，Ai和Bi之间的弧面即为上相导线的绕击暴露弧面，若先导头部进入AiBi弧面，雷电将击中上相导线，即避雷线、中相导线的屏蔽保护失效而发生绕击[1]。

图1 电气几何模型

当雷电先导放电是均匀分布且垂直从高空向地面发展时，幅值为I的雷电流击于保护弧A0Ai、B0Bi和暴露弧AiBi，其概率可用几何法进行计算(图2)。

图2 绕击率计算方法

随着雷电流的增大，击距rs增大，上相导线被避雷线、下导线或地面完全屏蔽，以及以避雷线和上相导线、中相导线为圆心圆弧交于一点，可以推算出该点为以避雷线、上导线、下导线组成三角形的外接圆圆心。

根据IEEE推荐的击距公式，反推雷电流Imax，超过Imax的雷电流将不再发生绕击。

获得Imax后，绕击率可由下式进行计算：

P′(I)为绕击率；DC(I)为雷电流幅值概率密度分布。根据安徽省雷电定位系统历年数据，对雷电流幅值累积概率曲线进行拟合后，可得如下表达式：

计算结果见表2。

表2 线路绕击率

2.3 地面倾斜角的影响

当杆塔处于山坡时，由于地面倾斜角的存在，对线路绕击跳闸率将产生一定影响。

当线路处于山坡处时，地面对线路的屏蔽作用进一步减弱，考虑500 kV线路较高，依然只考虑避雷线和中相导线对上导线的屏蔽作用，上相导线的绕击率基本不发生变化。

当线路处于山坡处、地面倾角较大时，须考虑地面对导线的屏蔽作用。随着雷电流的增加，击距r增大，地面对中相导线产生屏蔽作用，造成中相导线的绕击暴露面减小，上相导线的绕击概率增大；随着r的进一步增大，可能出现中相导线被屏蔽的情况，雷击上相概率进一步增大。

3 分析及结论

在不考虑地面倾角的情况下，通过电气几何模型对同塔双回线路上相导线绕击率的计算结果是规程法计算结果的几十倍，规程法不能反映线路的具体特征，无法解释屏蔽实效和绕击率过大的问题，使用电气几何模型方法更能解决实际问题。

通过同塔双回路杆塔的电气几何模型的建立，分析雷电先导对导线的放电，发现上相导线虽然处在避雷线和中相导线的保护下，但依然可能存在暴露弧面，在雷电流超过绝缘子串或空气间隙50%冲击放电电压时，造成线路跳闸。

本模型很好地解释了在地面倾斜角较大时，雷击同塔双回线路上相的问题，这与线路2、线路3雷击跳闸的实际情况相符合。

参考文献：

[1]刘芳，许飞.超高压输电线路雷击跳闸典型故障分析[J].高压电技术，2006，32(4)：114-115