王 闖,馬叢淦
(國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司,北京 100069)
2016-06-27T15:13,某檢修公司管轄的某220 kV線路故障跳閘,重合成功,故障相為A相,故障時(shí)為雷雨天氣。
檢查發(fā)現(xiàn),在該線路129號(hào)鐵塔垂直排列的中相導(dǎo)線(A相)三、四子導(dǎo)線的上表面有長約0.5 m的放電麻點(diǎn)區(qū),麻點(diǎn)區(qū)靠近塔身側(cè),且三子導(dǎo)線下橫擔(dān)處鳥刺多個(gè)刺針燒融,線路可繼續(xù)運(yùn)行。
查詢雷電方位系統(tǒng),故障發(fā)生的過程持續(xù)約1 min,線路1 km范圍內(nèi)共有8個(gè)落雷,線路附近落雷情況的統(tǒng)計(jì)如表1所示。
表1 線路附近落雷情況統(tǒng)計(jì)
初步分析故障前129號(hào)塔中相導(dǎo)線上搭掛有異物,且垂落至下相橫擔(dān)附近。在雷雨天氣下引起空氣間隙短接,工頻續(xù)流的電弧在靠近塔身的上下子導(dǎo)線上表面形成放電麻點(diǎn),導(dǎo)致下橫擔(dān)鳥刺有多個(gè)刺針燒融。
因線路發(fā)生故障時(shí)為雷雨天氣,最有可能是雷擊或異物短路故障。
在《輸電線路“六防”工作手冊(cè)·防雷害》中提到,220 kV線路74.3 %的繞擊故障雷電流幅值在10—15 kA范圍內(nèi)。雖然該雷電流幅值不大,但足以造成線路繞擊閃絡(luò)。
故障錄波如圖1所示。從圖中可以看出,故障發(fā)生時(shí)間為 2016-07-27T15:13:13.779,較雷電定位系統(tǒng)捕獲到的落雷時(shí)間晚1.001 s。
圖1 線路故障錄波
故障發(fā)生后,A相相電壓波形和零序電壓波形發(fā)生突變,A相相電壓有效值降低為58.35 kV,零序電壓有效值升至131.55 kV。
同時(shí),A相相電流波形和零序電流波形發(fā)生突變,A相相電流有效值升至11.93 kA,零序電流有效值升至13.37 kA。根據(jù)故障發(fā)生前后的電壓、電流波形及有效值的變化情況,可以判斷出此次故障為A相單相接地故障。
經(jīng)現(xiàn)場測(cè)量,129號(hào)塔中線三子導(dǎo)線與下線橫擔(dān)小號(hào)側(cè)鳥刺頂端的空氣間隙最小距離為1.8 m,如圖2所示。
圖2 220 kV線路129號(hào)中相三子線與鳥刺間最小距離
GB 50545—2010《架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,“在海拔不超過1 000 m的地區(qū),在相應(yīng)風(fēng)偏條件下,帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙應(yīng)符合表7.0.9-1和表7.0.9-2的規(guī)定”。對(duì)于220 kV線路,導(dǎo)線與桿塔最近距離應(yīng)滿足雷電沖擊下不小于1.9 m,因此中線三子導(dǎo)線對(duì)下線橫擔(dān)頭小號(hào)側(cè)鳥刺的距離不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
此次線路故障,放電通道很明確,即中線三、四子導(dǎo)線與下線橫擔(dān)頭鳥刺之間形成了放電通道。形成通道并發(fā)生放電的原因可能有以下2個(gè):
(1) 有異物搭掛在中線上,短接了部分或全部空氣間隙,在雷雨天氣時(shí)絕緣強(qiáng)度下降,并且有雷電繞擊中線,造成短路放電;
(2) 鐵塔上無任何異物搭掛,雷電繞擊中線后,直接擊穿中線與下線橫擔(dān)鳥刺之間的空氣間隙,發(fā)生短路。
(1) 故障發(fā)生4 h后,在19:17登檢時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn),仔細(xì)查看中線導(dǎo)線、下線橫擔(dān)及鳥刺處,均未發(fā)現(xiàn)任何異物。129號(hào)塔周圍為空院,空院中未堆放任何雜物,空院外為大面積苗圃,無垃圾堆、廢品回收站等異物來源。
(2) 故障當(dāng)天,在該220 kV線路附近有線路運(yùn)維人員正在進(jìn)行其他線路的巡視工作,運(yùn)維人員反映當(dāng)天13:00左右線路所處位置開始下雨,并伴有雷電。通過查詢雷電定位系統(tǒng),該220 kV線路2 km范圍內(nèi)自13:09開始即有雷電活動(dòng)記錄。而故障發(fā)生在15:13,至線路故障時(shí)降雨已經(jīng)持續(xù)2 h,與雨天異物短路跳閘一般發(fā)生在降雨初期的客觀規(guī)律不符。
(3) 中線三、四子導(dǎo)線放電麻點(diǎn)分散且痕跡輕微,分布在三子導(dǎo)線0.5 m、四子導(dǎo)線1 m范圍內(nèi),似電弧游離所致。如為異物搭掛發(fā)生放電,放電麻點(diǎn)應(yīng)較為集中,并且在異物搭掛處導(dǎo)線應(yīng)灼燒嚴(yán)重。
(4) 中線4條子導(dǎo)線僅在下層的三、四子導(dǎo)線上有放電麻點(diǎn),上層的一、二子導(dǎo)線無任何放電痕跡,放電特寫如圖3所示。如有異物搭掛,異物繞過上層的2根子導(dǎo)線,穿過450 mm的上下間隙,直接搭掛在水平距離450 mm下層2條子導(dǎo)線上,可能性很小。
圖3 220 kV線路129號(hào)中線三、四子導(dǎo)線放電痕跡
(1) 故障時(shí)為雷雨天氣,故障鐵塔附近有落雷情況,雷電定位系統(tǒng)捕獲到的落雷時(shí)間與故障錄波記錄的故障時(shí)間相吻合,并且雷電流幅值足以造成220 kV線路發(fā)生繞擊跳閘。
(2) 經(jīng)測(cè)量,中線三子導(dǎo)線對(duì)下線橫擔(dān)頭小號(hào)側(cè)鳥刺的距離為1.8 m,不滿足GB 50545—2010規(guī)定的帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小間隙不小于1.9 m的要求,在雷電過電壓情況下可能造成空氣間隙擊穿。
(3) 220 kV線路129號(hào)使用的絕緣子型號(hào)為FXBW-220/160。查詢產(chǎn)品手冊(cè)可知,該絕緣子的50 %雷電全波沖擊耐受電壓(峰值)不小于1 000 kV(正極性)。線路129號(hào)中線三子導(dǎo)線對(duì)下線鳥刺的空氣間隙為1.8 m,且類似于“棒-板”間隙模型,《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版)》可知,“棒-板”間隙50 %沖擊放電電壓約為950 kV(正極性)。合成絕緣子和空氣間隙的負(fù)極性沖擊放電電壓較正極性近似同比增加,所以在負(fù)極性雷作用下,合成絕緣子的沖擊放電電壓高于中線三子導(dǎo)線對(duì)下線鳥刺空氣間隙至少50 kV。也就是說,在線路遭到雷擊時(shí),中線三子導(dǎo)線對(duì)下線鳥刺放電比合成絕緣子短路放電的概率要大。
《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版)》第2章“電氣部分”中提到:“試驗(yàn)表明,降雨對(duì)空氣間隙的雷電沖擊擊穿電壓實(shí)際上沒有影響”。所以,選用的數(shù)據(jù)為干擊穿電壓的數(shù)據(jù)(曲線)。
上述分析過程中為了便于比較,導(dǎo)線對(duì)鳥刺的放電模型近似取“棒-板”模型(板為7 m×7 m鋼板),實(shí)際鳥刺的場強(qiáng)分布比“板”不均勻。所以,中線三子線對(duì)下線鳥刺之間空氣間隙的50 %沖擊放電電壓較測(cè)算值950 kV要小。
2008-08-14,某220 kV線路曾跳閘。經(jīng)檢查分析,最終確定故障原因?yàn)椋?5號(hào)塔中線三子線懸垂線夾與下線橫擔(dān)頭安裝的鳥刺之間因遭受雷擊發(fā)生閃絡(luò)放電。
通過上述分析,此次線路故障的原因?yàn)椋?016-06-27T15:13,220 kV線路129號(hào)鐵塔附近一雷電流幅值為13.6 kA的負(fù)極性雷繞擊中線(A相)導(dǎo)線,擊穿中線三、四子導(dǎo)線與下線橫擔(dān)頭小號(hào)側(cè)鳥刺之間的空氣間隙,發(fā)生短路放電。經(jīng)理論分析和事實(shí)論證,此次故障應(yīng)無異物搭掛因素。此次線路故障暴露出,塔下線橫擔(dān)頭安裝的鳥刺與中線下子線的距離未滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,在雷電過電壓情況下存在短路放電風(fēng)險(xiǎn)。
綜上所述,建議在輸電線路運(yùn)維中檢查、復(fù)測(cè)所有安裝鳥刺桿塔的帶電部分與鳥刺的最小空氣間隙距離,尤其重點(diǎn)檢查導(dǎo)線垂直排列的桿塔。對(duì)于處于空曠地帶的高大桿塔,應(yīng)加強(qiáng)防雷整治,如安裝線路避雷器、安裝塔頂避雷針、降低桿塔接地電阻等;新建線路時(shí),應(yīng)減小架空地線保護(hù)角,提高絕緣水平。
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