孔令雪，費藤答

(1.國網(wǎng)長春供電公司，長春 130021; 2. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130021)

電力作為國民經(jīng)濟的重要能源，供電的可靠性關系到國家的政治、經(jīng)濟、文化和民生等方面。隨著社會文明化程度的不斷提高，對電網(wǎng)的安全運行和電能質量要求日趨提高[1]。依據(jù)國內(nèi)外多年對雷電活動的觀測統(tǒng)計，高壓輸電線路跳閘事故中40%～70%是由雷擊引起的，日本的雷擊故障跳閘率占到了50%[2]。國家電網(wǎng)公司220 kV線路由于雷擊造成的跳閘故障占故障總數(shù)的近40%，成為影響輸電線路安全穩(wěn)定運行的最大因素[3]。

本文基于ATP-EMTP電磁暫態(tài)仿真軟件，對兩起220 kV同塔雙回輸電線路雷擊跳閘故障進行仿真計算(以下使用線路1和線路2代指)，研究分析雷擊跳閘原因和過程，提出改進意見，為今后同塔雙回輸電線路差異化防雷提供依據(jù)。

1 同塔雙回線路雷電繞擊故障分析

1.1 故障基本情況

20190619T16：41：00，220 kV線路1乙線雙套縱聯(lián)保護動作，斷路器跳閘，重合成功，故障相為A相，故障測距在170號桿塔附近，故障區(qū)段為雷雨天氣。通過現(xiàn)場勘察，在位于山頂?shù)?70號桿塔發(fā)現(xiàn)中線A相玻璃絕緣子有明顯雷擊閃絡痕跡。 2019年6月20日測量故障桿塔接地電阻結果為19.6 Ω，而2018年6月測量該桿塔接地電阻值為7.2 Ω。

根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查詢，故障時間點前后1 min內(nèi)故障線路周邊范圍1 km內(nèi)有3處雷電活動記錄，其中雷電流為-9.4 kA，與故障時間重合，落雷點距故障桿塔170號為39 m，并結合保護測距和現(xiàn)場巡視情況，確定本次造成線路1乙線故障區(qū)段為170號，雷電流為-9.4 kA。

1.2 繞擊仿真計算

故障區(qū)段基本情況：線路全長69.109 km，故障桿塔號170，故障桿塔型號SZ2-24，地面傾角40°，邊相導線保護角21.4°，接地電實測值19.6 Ω，導線型號LGJQ-400/50，地線型號GJ-50、光纖復合架空地線(OPGW)，絕緣子型號U70BP/146D，絕緣子片數(shù)13片，絕緣子串長1 898 mm。 根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查詢到的落雷記錄，-9.4 kA的雷電流和故障發(fā)生時刻較吻合，結合實際故障情況，基本排除雷電反擊，建立繞擊模型進行仿真計算。

在雷電過電壓計算過程中，DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》推薦采用2.6/50 μs標準雷電流進行模擬。在雷電模擬時，還要考慮雷電通道波阻抗的影響。通過觀測和計算得出雷電通道波阻抗Z0在300～3 000 Ω：雷電流I<10 kA時，Z0約為幾千歐；I在10～30 kA時，Z0為2 100～700 Ω；I在30～100 kA時，Z0為700～300 Ω；I>100 kA時，Z0穩(wěn)定在300 Ω左右[4]。本文雷電繞擊電流為-9.4 kA，雷電通道波阻抗Z0取3 000 Ω。利用電氣幾何模型分析方法進行仿真計算，170號桿塔繞擊耐雷水平為8.6 kA，最大繞擊雷電流為12.1 kA。當-9.4 kA的雷電流繞擊170號桿塔B相(中線)時，雷電流抬升該相導線電壓，各相絕緣子兩端電壓差值曲線見圖1。雷擊瞬間乙線B相絕緣子兩端電壓明顯升高，最終造成絕緣子沿面閃絡，乙線B相雷擊跳閘。

圖1 -9.4 kA雷電流繞擊桿塔時各相電壓幅值

綜合分析，本次故障為雷電繞擊故障，就故障桿塔而言，接地電阻值偏大，可以考慮采用降阻措施來提高桿塔繞擊耐雷水平。

2 同塔雙回線路雷電反擊故障分析

2.1 故障基本情況

20190830T15：30：00，220 kV線路2甲乙線均分相差動保護動作，斷路器跳閘，重合成功，甲、乙線故障相別均為A相(中相)，故障區(qū)段為雷雨天氣。通過現(xiàn)場勘察，在位于山頂?shù)?3號桿塔發(fā)現(xiàn)甲、乙線的中線A相玻璃絕緣子有明顯雷擊閃絡痕跡并在導線處有明顯雷擊放電痕跡。2019年8月31日測量故障桿塔接地阻抗結果為3.0 Ω。根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查詢，故障時間點前后1 min內(nèi)，故障線路周邊范圍1 km內(nèi)有4處雷電活動記錄，其中與故障時間吻合的落雷點距23號故障桿塔1.632 km，雷電流為-192.1 kA，結合保護測距和現(xiàn)場巡視情況，確定本次造成220 kV線路2甲乙線故障區(qū)段為23號，雷電流為-192.1 kA。

2.2 反擊仿真計算

故障區(qū)段基本情況：線路全長63.84 km，故障桿塔號23，故障桿塔型號SZ2-21，接地電實測值3.0 Ω，地面傾角30°，邊相導線保護角18.1°，導線型號LGJQ-400/50，地線型號GJ-50，甲線絕緣子型號U70BP/146-1，乙線絕緣子型號XP-70，絕緣子串長1 898 mm。 根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查詢到的落雷記錄，-192.1 kA的雷電流和故障發(fā)生時刻較吻合，結合實際故障情況，基本排除雷電繞擊，故建立反擊模型進行仿真計算，且采用DL/T 620—1997中推薦的2.6/50 μs標準雷電流進行模擬，雷電通道波阻抗取300 Ω。

經(jīng)計算，23號桿塔反擊耐雷水平為91 kA，當-192.1 kA的雷電流反擊23號桿塔時，各相絕緣子兩端電壓差值曲線見圖2。雷擊桿塔或地線瞬間，大幅抬升桿塔電壓，導致甲、乙線A相絕緣子兩端電壓明顯升高，最終造成絕緣子沿面閃絡，甲、乙線A相雷擊跳閘。

圖2 -192.1 kA雷電流反擊桿塔時各相電壓幅值

綜合分析，本次故障為雷電反擊故障，雖然桿塔接地電阻僅為3.0 Ω，但因雷電流幅值遠高于桿塔反擊耐雷水平，最終造成線路2甲乙線A相同時跳閘，可以考慮差異化防雷手段，提升同塔雙回線路防雷水平。

3 同塔雙回線路差異化防雷仿真

以“差異化防雷”的思想指導線路防雷，找出線路中防雷性能薄弱的桿塔，對這些桿塔進行有針對性的防雷設計、改造，提高輸電線路的防雷工程的技術性和經(jīng)濟性[4-6]。

線路1乙線發(fā)生雷電繞擊跳閘故障，主要原因為接地電阻值偏大，因此，可以考慮采用降阻措施來提高桿塔反擊耐雷水平。當故障桿塔接地電阻值降至7 Ω時，170號桿塔繞擊耐雷水平可提高至11.3 kA。模擬-9.4 kA雷電流繞擊170號桿塔A相(中線)時，各相電壓幅值曲線見圖3，線路未發(fā)生跳閘故障。此外，采用安裝線路避雷器方式，在線路1乙線170號桿塔安裝一組線路避雷器。模擬-9.4 kA雷電流繞擊170號桿塔A相(中線)時，各相電壓幅值曲線見圖4，線路未發(fā)生跳閘故障。

圖3 降低接地電阻時各相電壓幅值

圖4 設置不平衡絕緣時各相電壓幅值

4 同塔雙回線路差異化防雷措施

對于易擊雷區(qū)在運同塔雙回線路的差異化防雷改造，建議從降低接地電阻、提升絕緣子絕緣強度和加裝線路避雷器等幾個方面著手。

a.當桿塔接地裝置不符合規(guī)定電阻值時，針對周圍的環(huán)境條件、土壤和地質條件，因地制宜，結合局部換土、電解離子接地系統(tǒng)、擴網(wǎng)、引外、利用自然接地體、增加接地網(wǎng)埋深、垂直接地極等降阻方法的機理和特點，進行經(jīng)濟技術比較，選用合適的降阻措施，甚至組合降阻措施，以降低接地電阻。

b.220 kV及以下同塔多回線路宜采用不平衡高絕緣措施降低線路的多回路同時跳閘率，較高絕緣水平的一回線路宜比另一回線路高出15%。

c.優(yōu)先選擇雷害風險評估結果中風險等級最高或雷區(qū)等級最高的桿塔安裝線路避雷器，220 kV及以下同塔雙回線路宜在一回線路三相絕緣子串旁安裝。

5 結論

a.220 kV線路1乙線跳閘故障為雷電繞擊故障，可以考慮采用降阻或加裝線路避雷器措施提高雷電繞擊耐雷水平。

b.220 kV線路2甲乙線跳閘故障為雷電反擊故障，雖然桿塔接地電阻僅為3.0 Ω，但因雷電流幅值遠高于桿塔反擊耐雷水平，最終造成甲乙線同時跳閘，宜采用不平衡絕緣措施，降低該線路多回路同時跳閘率。

c.對于易擊雷區(qū)在運同塔雙回線路的差異化防雷改造，宜綜合采取降低接地電阻、提升絕緣子絕緣強度和加裝線路避雷器等措施提高架空輸電線路耐雷水平，降低多回線路同時跳閘率。