一起大电流雷击故障跳闸分析

刘 熙刘 刚王 飞雷梦飞

（1.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北 武汉 430074；2.辽宁省电力公司，辽宁 沈阳 110004）

0 引言

架空输电线路是电网建设基础，是电力系统的重要组成部分，它将能源中心转变而来的巨大电能输送到四面八方的负荷中心，输电线路的安全稳定运行直接影响着电网的稳定性和供电的可靠性。由于架空输电线路分布在野外，绵延数千里，所经地区地形地貌错综复杂，因此极易遭受雷击引发故障。电网故障分类统计数据表明，在交流高压/超高压输电线路运行的总跳闸次数中，由于雷击引起的跳闸次数占40%～70%[1-2]。本文通过对某220kV高压输电线路的一次大电流雷击事故分析，找出存在的问题，提出改进措施，对于预防类似事故的再次发生，具有重要意义。

1 故障情况描述

2013年11月06日23时32分，某220kV线路第二套纵联保护、距离Ⅰ段保护动作，开关跳闸，A、B、C三相故障，01时35分强送良好。测距39.1公里，重点地段45～75号，重点塔号60号。该线路全长67.225公里，计151基铁塔，绝缘配置为FXBW4-2240/100合成绝缘子，地线型号为左线 GJ-50、右线 OPGW-24B，保护角15度。故障杆塔地形为山地，铁塔位于山坡。

2 故障调查

2.1 故障线路巡视情况

供电公司11月7日登塔巡视发现，该线59号中线（C相）上下均压环及导线有放电痕迹；左线（B相）复合绝缘子及避雷器没有发现异常现象，但避雷器表数指示

发生变化（安装时表数为0，现表数为6）；右线（A相）复合绝缘子及避雷器没有发现异常现象，但避雷器表数指示发生变化（安装时表数为0，现表数为1）；杆塔A腿、B腿接地引上线与塔腿连接部分有轻微放电痕迹。59号塔塔型为Z2直线塔，呼称高23.7m，实测22Ω。在巡视中还发现62号左线（B相）上、下均压环均有轻微放电痕迹，右线（A相）上、下均压环均有轻微放电痕迹，其它部位无异常。62号塔型为Z2直线塔，呼称高20.7m，接地型式为环形石墨接地，实测24Ω。

2.2 雷电定位系统查询

通过查询故障线路在故障时刻前后2分钟、线路走廊半径2km范围内的落雷情况，在2013年11月6日23时32分33秒，距离60#～61#杆塔1.2km处有一幅值达520.8kA的落雷，根据59#、62#故障杆塔巡视情况和周围环境、当天天气状况，初步判断为反击雷造成线路A、B、C三相故障。

3 故障区段杆塔反击耐雷水平计算

由于此次雷击跳闸故障监测雷电流较大，超过了500kA，因此重点对59#、62#故障区段杆塔的反击耐雷水平进行计算分析。计算所采取的方法是基于电磁暂态仿真分析程序的ATP-EMTP法，在ATP中分别建立雷电电流波形和雷电通道波阻抗模型、输电线路模型、杆塔模型、绝缘子串闪络模型、接地电阻模型及感应电压模型，在考虑导线自身工作电压的情况下计算其在实际土壤电阻率及接地电阻值情况下的一相、两相和三相闪络耐雷水平，其中，雷电流源选取2.6/50.0μs的标准双指数波，雷电通道波阻抗取400Ω，输电线路模型采用频率相关(基于相域变换)模型，元件参数与系统频率相关，杆塔模型采用多波阻抗模型，可得到杆塔各部位电位分布情况，且与实际情况下的电位分布非常接近，绝缘子串闪络模型采用先导法判别，当先导长度达到间隙长度时，间隙击穿，绝缘子串闪络，接地电阻模型采用IEC推荐公式来计算有冲击电流流过时接地体的冲击阻抗值，感应电压模型采用比较符合实际情况的试验数据拟合公式[3-4]。

58#～62#直线故障区段杆塔档距、绝缘子串型号、导线及地线型号、土壤电阻率和实测接地电阻见表 1。

表1 58#～62#直线故障区段线路基本参数

58#～62#直线故障区段杆塔Z1及Z2塔型及参数如图 1。

图1 故障区段杆塔塔型图(mm)

在ATP中建立的58#～62#直线故障区段杆塔反击耐雷水平仿真模型如图 2、图 3、图 4。

在导线工作电压相位角分别为 0°、60°、120°、180°、240°、300°，杆塔接地电阻为22Ω的情况下，计算线路的一相、两相和三相闪络反击耐雷水平，结果见表 2及图 5。

图2 故障区段58#、59#杆塔多波阻抗模型

图3 故障区段60#、61#杆塔多波阻抗模型

由表2及图 5可知，在杆塔接地电阻为22Ω的情况下，59#杆塔的单回、双回及三相闪络反击耐雷水平平均值分别为101kA、114kA和163kA，且当导线工作电压相位角为 60°和 240°时其单回闪络及双回闪络耐雷水平一致，即受导线工作电压的影响，在工作电压相位角为 60°和240°时极易发生两相跳闸故障。

在导线工作电压相位角分别为 0°、60°、120°、180°、240°、300°，杆塔接地电阻为22Ω的情况下，考虑边相安装避雷器后线路中相(C相)反击耐雷水平，结果见表 3及图 6。

由表 3及图 6可知，在边相安装避雷器后故障杆塔的反击耐雷水平有较大提高，由于此次雷击故障雷电流幅值达520kA，还是超出了安装两支避雷器后的反击耐雷水平，因此造成了雷击故障。

在导线工作电压相位角分别为 0°、60°、120°、180°、240°、300°，杆塔接地电阻为22Ω的情况下，考虑雷电流520kA时，59#杆塔装有避雷器的两边相

图4 故障区段62#杆塔多波阻抗模型

表2 不同工作电压初相角下的反击耐雷水平及闪络相

图5 不同工作电压初相角下的反击耐雷水平

表3 边相安装避雷器后反击耐雷水平(kA)

图6 边相安装避雷器后反击耐雷水平

(A相和B相)导线电压幅值结果见表 4。

表4 59#塔边相导线电压幅值(kV)

忽略导线工作电压，在杆塔接地电阻为22Ω的情况下，考虑雷电流520kA时，59#杆塔从流经避雷器的电流，A、B相电流幅值分别为30.0kA、30.3kA。

4 结论及建议

1）本次事故为大电流雷击导致的反击造成的，且故障杆塔处于山坡，属于易击杆塔，需要对其防雷性能进行评估并加强防雷措施。

2）本线路所处地区雷电活动强烈，需要对全线进行防雷措施进行检查，减少雷害风险。

3）本线路沿线土壤电阻率高，接地电阻普遍较大，需要对全线进行防雷性能评估，需要针对不同的雷害等级进行综合治理。

［1］陈国庆,张志劲,孙才新,司马文霞.输电线路耐雷性能计算方法的研究现状分析[J].重庆大学学报:自然科学版,2003(05).

［2］陈国庆,张志劲,孙才新,司马文霞.输电线路耐雷性能计算方法的研究现状分析[J].重庆大学学报:自然科学版,2003(05).

［3］王志勇,余占清,李雨,何金良,耿屹楠,梁曦东.基于先导发展法的特高压直流输电线路绕击特性分析[J].高电压技术,2011(09).

［4］李瑞芳,吴广宁,曹晓斌,马御棠.复杂地形输电线路绕击耐雷性能计算方法的改进[J].高压电器,2011(04).