直流线路雷击原因分析及防范对策

刘鸿亮

（超高压输电公司昆明局，云南昆明，650217）

直流线路雷击原因分析及防范对策

刘鸿亮

（超高压输电公司昆明局，云南昆明，650217）

针对一起 800 k V 直流输电线路雷击故障跳闸，分析确定故障性质和雷击点范围， 得出负极性雷电是造成直流线路故障的主要原因。 由于行波保护动作，启动了控制系统的直流线路故障重启功能，使得故障控制成功后，直流系统恢复运行。根据直流线路易遭受雷击的特点，提出直流线路防止雷电绕击的应对措施。

直流线路； 负极性雷电； 故障重启；保护

0 引言

一直以来， 直流输电线路的防雷[1-3]一直是电力系统一项重要的研究课题， 尽管对于直流输电线路防雷己经有了一些防范措施，但近年来直流输电线路雷击事故仍时有发生。国内外统计表明，雷击仍然是造成交直流输电线路故障的主要原因[4-5]。随着线路工作电压的升高，雷击跳闸总数占故障总数的比例也增加。对于于输电线路防雷的研究， 直流输电线路的许多实际情况与交流输电线路不同， 直流输电线路因雷击发生故障时不同于交流线路的跳闸， 而是采取一系列控制措施使之恢复运行。 本文根据800 kV楚雄换流站，分析了直流线路雷击故障的原因并提出了相关对策.

1 线路故障情况

1.1 故障概述

2015年05月20日08时01分17秒，楚雄换流站两套直流故障测距装置启动，山东科汇测距装置报直流线路故障点距楚雄站1241.07km，杆塔号为2361#至2362#杆塔（广州局管辖范围），电科院测距装置报极I直流线路故障点距楚雄站1243.89km，杆塔号为2366#杆塔（广州局管辖范围）；查看故障录波显示：极II直流电压波动范围-594kV至-1056kV，电流波动范围2174A至3527A，极I直流电压波动范围732kV至851kV，电流波动范围3031A至3291A，查看雷电定位系统显示该时段2365#至2366#杆塔范围内有落雷。异常发生前后楚穗直流双极运行正常，输送功率为5000MW。

1.2 雷电定位系统查询情况

在雷电定位系统中查到在2015年05月20日08月01分 11秒时刻在楚穗直流2365#至2366#杆塔附近有落雷，如图1所示，与直流故障测距结果对应。所以考虑此次电压波动为雷击引起。

图1 雷电定位系统

1.3 故障巡视及处理

2015年05月20日08时01分楚雄换流站双极四阀组5000MW运行，08时01分11秒SER报极II两套直流保护“TDM BUS CHANGE NOT RELEASE”，即TDM总线切换未释放，并且双极直流故障录波启动。08时01分16秒直流故障测距装置启动。

2 故障原因分析

2.1 故障原因排查

08时01分11秒SER报极II两套直流保护“TDM BUS CHANGE NOT RELEASE”，该信号产生则不允许切换TDM总线。产生该信号一般有以下几种情况：（1）当一个极至少有一个阀组在解锁状态时，IdCH、IdCN、IdLH、IdLN中的最大值与最小值之差超过156.25A；（2）UdH超过940kV；（3）UdN超过62.5kV；（4）UdM超过520kV。（具体逻辑见极保护程序逻辑（CPU1“MONITORING”模块内））。

如果出现上述情况则认为该套测量系统出现问题，如果切换至该套系统则会误判误动作。因此在这种情况下发TDM总线切换未释放信号，禁止切换到该TDM总线。

若极保护（极控或组控）同时报该信号，则很有可能当前系统已过压但还未达到保护动作的门槛值。例如，出现雷击。遇到该种情况，应该立即查看直流故障定位装置，并查询相关雷电信息。

图2 直流保护信号

2.2 线路雷击故障分析

当高压直流线路电压波动时楚雄侧和穗东侧交流系统电压均无波动，三相平衡。从此现象可以判断出，不是由交流系统故障引起的直流电压波动。

图3 电压波动情况

从楚雄站所采集的直流系统模拟量可以看出，电压、电流波形呈现瞬时突变并振荡衰减的走势，整个振荡过程持续了约100ms。故障初期，直流电压由-800kV瞬时升高至-935kV(为了便于分析，此处采用直流保护中经低通滤波并平滑后的模拟量，区别于此前测量系统所用最高电压-1056kV)，直流电流由3125A瞬时降低至2715A。由于整流站为定电流控制模式，当检测到电流降低后，为了抬升电流触发角会减少，所以整流侧触发角出现了与直流线路电流相对应的走势。

结合以上波形，并考虑到电压波动时广东地区的雷雨天气，以及在雷电定位系统中查到在2015年05月20日08月01分11秒时刻在楚穗直流2365#至2366#杆塔附近有落雷，如图3.5所示，与直流故障测距结果对应。所以考虑此次电压波动为雷击引起。

2.3 雷击原因分析

通常雷击分为直击雷和感应雷，直击雷就是带电雷云对架空地线、塔顶导线、绝缘子等直接放电，形成正向雷电波过电压的现；感应雷指当雷击线路附近时，其先导路径上的电荷对导线产生静电感应电荷，当主放电开始时，该电荷被迅速中和而产生的雷电流及雷过电压现象，由感应雷形成的感应过电压数值常为100～200kV，最大也不超过600kV。因此其对110kV（其绝缘水平在700kV以上）以上线路的危害不大。但是直击雷由于雷云所蕴藏的能量要在极短时间内是否出来，瞬时功率巨大，破坏性强，通常会导致线路跳闸。此外，由于雷电形成的原因，导致了90%的雷电为负极性。

图4 直流系统模拟量

2.4 分析讨论

近期属于广东雷电高发期，多次引起了楚穗直流和普侨直流系统电压波动，鉴于此情况，结合最近的两起由雷击引起的保护跳闸事件进行分析。

2015年05月15日14时15分45秒，普洱换流站四阀组均处于备用状态下，普洱换流站极2高端阀组两套换流器开路59/37DC保护一段、三段动作，保护动作前后极2高端阀组均保持在备用状态。

在此期间，普洱站两套行波测距装置均启动，其中山东科汇测距360.13kM，杆塔定位#665-#666；电科院测距362.83kM，杆塔定位#671。查询雷电定位系统发现杆塔#666附近线路沿线有落雷。

图5 直流线路电压波形

从图5中可以看出，由于故障前普洱换流站双极四阀组均处于备用状态，所以此时极2直流线路电压波形为0kV，直流电流为0A，整流侧触发角为90°。故障时，极2直流线路电压波形由0kV陡增至-1183kV，此后逐步衰减，直至录波结束的12s还未衰减至零；直流电流基本为零，未出现明显变化；整流侧触发角保持90°未变化。

从此次事件来看，直流电压在短时内猛增，符合负极性直击雷的特性，蕴藏能量巨大。由于此时直流线路未运行，被雷击后，一方面没有控制系统参与调节，另一方面直流线路没有对地形成通路来快速释放能量，故而出现直流电压长时间未衰减至零的现象。

2015年05月20日10时44分05秒，楚雄换流站双极四阀组运行，双极输送功率为5000MW的情况下，楚雄换流站极I直流线路行波保护动作，直流线路故障重启成功。在此期间，楚雄站两套行波测距装置均启动，其中山东科汇测距1330.01km，杆塔号2532#至2533#间；电科院测距1326.22km，杆塔号2524#。查询雷电定位系统发现楚穗直流线路#2526至#2530杆塔段线路沿线有落雷。

图6 直流线路电压

故障初期，极2直流线路电压由800kV在4ms内下降至152kV，直流电流也在4ms内由3125A陡增至5972A。此时，由于控制系统的参与，直流线路故障重启功能动作，整流侧触发角由15°强迫移相至120°，使整流侧变为逆变运行，快速向交流系统释放能量，待电流降低至0.05p.u.后，强迫移相至逆变极限角160°。待去游离时间后，再逐步减少触发角，恢复至正常运行状态，直流线路故障重启成功。

从此次事件来看，极I直流电压在短时内骤降，符合负极性直击雷的特性。并且直流电流激增近一倍，说明雷击导致了闪络或接地。同时由于行波保护动作，启动了控制系统的直流线路故障重启功能，使得故障控制成功后，直流系统恢复运行

2015年05月20日08时01分11秒，楚雄换流站电压波动是当雷击线路附近时所形成的负极性感应雷引起的，对直流系统影响不大，没有出现闪络或接地，从而没有引起保护动作，并且由于控制系统的参与，使得直流系统快速恢复稳定运行。

2015年05月15日14时15分45秒普洱换流站极II高端阀组在备用状态下阀组过压保护动作是由于极II直流线路被负极性直击雷击中。由于此时直流线路未运行，被雷击后，一方面没有控制系统参与调节，另一方面直流线路没有对地形成通路来快速释放能量，故而出现直流电压长时间未衰减至零的现象。

2015年05月20日10时44分05秒楚雄换流站极I直流线路行波保护动作是由于极I直流线路被负极性直击雷击中，导致了闪络或接地。同时由于行波保护动作，启动了控制系统的直流线路故障重启功能，使得故障重启成功后，直流系统恢复运行

3 防范措施

由于雷电流大多数为负电荷，根运行经验，直流线路正极遭受雷击的几率占 90%以，目前雷电的科技水平还不足以完全解决线路运行过程中遇到的这一客观问题. 在今后的运行维护工作中，需要做到以下 3 点。

（1）根据历年来落雷密度较大，800 k V 楚穗直流线路遭受雷击的几率较大，在线路防雷方面还需深入研究，不断积累工作经验。 因此，直流线路防雷工作仍将是今后关注的重点。

（2）继续做好楚穗直流线路防雷检查和整治工作 ，加强多雷区输电线路杆塔防雷设施检查工作。

（3） 结合跨区输电线路历年雷击跳闸以及沿线其他线路雷击跳闸情况，依靠雷电定位系统，开展跨区输电线路沿线雷电活动分析，研究跨区输电线路综合防雷整治工作.。

[1]谭进,张焕青,刘玉君,等.±500kV三沪Ⅱ回同塔双回直流输电线路防雷分析[J].高电压技术, 2010, 36(9):2173-2179.

[2]周凯兵,邓志勇.±500kV江城直流输电线路防雷分析[J].湖南电力, 2010, 30(4):5-10 .

[3]李金亮,杜志叶,阮江军,等.±800kV与±500kV同塔双回直流输电线路防雷性能[J].电力建设, 2014, 35(7):74-79.

[4]童雪芳,王海涛,陈家宏,等.雷电定位系统地闪密度分布图与雷击故障相关性分析[J].高电压技术, 2009, 35(12):2924-2929.

[5]彭勇,王志新,陈军,等.输电线路雷击故障定位与识别[J].高电压技术,2010, 36(2):406-410.GB/T 16159—1996.

紧凑、轻便的矢量网络分析仪ZNLE 使精准S参数测量更加简单

2017年7月20日，慕尼黑-罗德与施瓦茨公司发布矢量网络分析仪ZNLE，该仪表可以满足客户对天线、衰减器、滤波器和PCB等器件的测试需求。仪表自身仅重6Kg，长宽尺寸为408mmx235mm,与同级别矢量网络分析仪相比可以为客户节省2/3左右的工作台空间。

两端口的矢量网络分析仪除了能够为客户节省空间之外，还可以提供快速、精准的测量，尤其是ZNLE还具有S参数简易测试向导功能。ZNLE可以提供S11、S21、S12、S22四个S参数的双向测量，同时支持GPIB/LAN接口进行远程控制，其中GPIB为选件配置接口。仪表有两个频段可选，分别为ZNLE3（1MHz~3GHz）和ZNLE6（1MHz~6GHz）。

R&S ZNLE具有出色的射频性能包括典型值120dB的超大动态范围以及1Hz到500KHz的测量带宽。在200MHz频率跨度，双端口TOSM/SOLT校准，100KHz测量带宽、201个测试点的情况下，测试时间仅为9.6ms。同时，仪表的迹线噪声仅为0.001dB，可以为客户提供稳定、可重复的测量。

R&S ZNLE配有10.1寸 WXGA触摸屏，所有测试轨迹清晰可见，同时支持多点触碰手势放大和缩小测试轨迹。通过很少的操作步骤，可以轻松进入到每个测试功能。重新操作和取消操作按键，可以取消和恢复用户操作。

Analysis and Preventive Measures of Lightning Strike on DC Line

Liu Hongliang
(Kunming Branch of EHV, Kunming Yunan, 650217)

For the 800 k V DC transmission line lightning strike trip, the nature of the fault and lightning point range is analysised and determined, and the negative lightning is the main cause of DC line failure. As a result of traveling wave protection action, the control system of the DC line fault restart function is started , which the DC system to resume operation after the suceess of the fault control . According to the DC line is easy to suffer the characteristics of lightning, put forward DC circuit to prevent lightning damage response measures

DC line; negative lightning; fault restart; protection

刘鸿亮（1981），男，工程师，本科，研究方向为电力系统分析运行。