王 闖，馬叢淦

(國(guó)網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 100069)

0 故障概況

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(zhǎng)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(niǎo)刺多個(gè)刺針燒融，線路可繼續(xù)運(yùn)行。

1 故障初步分析

1.1 雷電狀況和現(xiàn)場(chǎng)情況分析

查詢(xún)雷電方位系統(tǒng)，故障發(fā)生的過(guò)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(niǎo)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)。

1.2 故障錄波分析

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。

1.3 電氣結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(niǎo)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(niǎo)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(guò)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(mǎn)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(niǎo)刺的距離不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2 綜合分析

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(niǎo)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(wú)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(niǎo)刺之間的空氣間隙，發(fā)生短路。

2.1 對(duì)“原因1”的分析

(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(niǎo)刺處，均未發(fā)現(xiàn)任何異物。129號(hào)塔周?chē)鸀榭赵?，空院中未堆放任何雜物，空院外為大面積苗圃，無(wú)垃圾堆、廢品回收站等異物來(lái)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(kāi)始下雨，并伴有雷電。通過(guò)查詢(xún)雷電定位系統(tǒng)，該220 kV線路2 km范圍內(nèi)自13：09開(kāi)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(wú)任何放電痕跡，放電特寫(xiě)如圖3所示。如有異物搭掛，異物繞過(guò)上層的2根子導(dǎo)線，穿過(guò)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

2.2 對(duì)“原因2”進(jìn)行分析

(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(niǎo)刺的距離為1.8 m，不滿(mǎn)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(guò)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(xún)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(niǎo)刺的空氣間隙為1.8 m，且類(lèi)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(niǎo)刺空氣間隙至少50 kV。也就是說(shuō)，在線路遭到雷擊時(shí)，中線三子導(dǎo)線對(duì)下線鳥(niǎo)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(méi)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(guò)程中為了便于比較，導(dǎo)線對(duì)鳥(niǎo)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(niǎo)刺的場(chǎng)強(qiáng)分布比“板”不均勻。所以，中線三子線對(duì)下線鳥(niǎo)刺之間空氣間隙的50 %沖擊放電電壓較測(cè)算值950 kV要小。

3 歷史類(lèi)似故障

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(niǎo)刺之間因遭受雷擊發(fā)生閃絡(luò)放電。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)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(niǎo)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(wú)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(niǎo)刺與中線下子線的距離未滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在雷電過(guò)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(niǎo)刺桿塔的帶電部分與鳥(niǎo)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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