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        750?kV同塔雙回線路沿長間隙雷擊放電故障分析

        2017-12-21 09:27:42
        電力安全技術 2017年11期
        關鍵詞:同塔小號鐵塔

        馬 軍

        (國網(wǎng)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(wǎng)甘肅省電力公司檢修公司,甘肅 蘭州 730050)

        針對國內(nèi)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(shù),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(nèi)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(chǎn)運行,是西北750?kV電網(wǎng)聯(lián)接陜、甘、青、寧4省(區(qū)),實現(xiàn)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(zhì)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?jīng)鲎?540,7541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(xiàn)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(xiàn)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(shù)

        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(jīng)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(xiàn)場情況看,沒有發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(wǎng)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?jīng)鲎?69.97 km(距蘭州東101.38 km),與平?jīng)鰝刃胁y距基本吻合。

        5 故障分析結論

        2010-07-27,西北電網(wǎng)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(wǎng)雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù),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(wǎng)提供該瞬間故障區(qū)段的雷電流幅值均小于35 kA,并依據(jù)國內(nèi)外高塔運行經(jīng)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(xiàn)雷擊跳閘,故障定性為繞擊;雷擊故障點相鄰在20 km內(nèi),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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jù)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(tǒng)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。

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