劉 熙劉 剛王 飛雷夢(mèng)飛

（1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074；2.遼寧省電力公司，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

0 引言

架空輸電線路是電網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它將能源中心轉(zhuǎn)變而來(lái)的巨大電能輸送到四面八方的負(fù)荷中心，輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性。由于架空輸電線路分布在野外，綿延數(shù)千里，所經(jīng)地區(qū)地形地貌錯(cuò)綜復(fù)雜，因此極易遭受雷擊引發(fā)故障。電網(wǎng)故障分類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在交流高壓/超高壓輸電線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由于雷擊引起的跳閘次數(shù)占40%～70%[1-2]。本文通過(guò)對(duì)某220kV高壓輸電線路的一次大電流雷擊事故分析，找出存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)措施，對(duì)于預(yù)防類似事故的再次發(fā)生，具有重要意義。

1 故障情況描述

2013年11月06日23時(shí)32分，某220kV線路第二套縱聯(lián)保護(hù)、距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)跳閘，A、B、C三相故障，01時(shí)35分強(qiáng)送良好。測(cè)距39.1公里，重點(diǎn)地段45～75號(hào)，重點(diǎn)塔號(hào)60號(hào)。該線路全長(zhǎng)67.225公里，計(jì)151基鐵塔，絕緣配置為FXBW4-2240/100合成絕緣子，地線型號(hào)為左線 GJ-50、右線 OPGW-24B，保護(hù)角15度。故障桿塔地形為山地，鐵塔位于山坡。

2 故障調(diào)查

2.1 故障線路巡視情況

供電公司11月7日登塔巡視發(fā)現(xiàn)，該線59號(hào)中線（C相）上下均壓環(huán)及導(dǎo)線有放電痕跡；左線（B相）復(fù)合絕緣子及避雷器沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，但避雷器表數(shù)指示

發(fā)生變化（安裝時(shí)表數(shù)為0，現(xiàn)表數(shù)為6）；右線（A相）復(fù)合絕緣子及避雷器沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，但避雷器表數(shù)指示發(fā)生變化（安裝時(shí)表數(shù)為0，現(xiàn)表數(shù)為1）；桿塔A腿、B腿接地引上線與塔腿連接部分有輕微放電痕跡。59號(hào)塔塔型為Z2直線塔，呼稱高23.7m，實(shí)測(cè)22Ω。在巡視中還發(fā)現(xiàn)62號(hào)左線（B相）上、下均壓環(huán)均有輕微放電痕跡，右線（A相）上、下均壓環(huán)均有輕微放電痕跡，其它部位無(wú)異常。62號(hào)塔型為Z2直線塔，呼稱高20.7m，接地型式為環(huán)形石墨接地，實(shí)測(cè)24Ω。

2.2 雷電定位系統(tǒng)查詢

通過(guò)查詢故障線路在故障時(shí)刻前后2分鐘、線路走廊半徑2km范圍內(nèi)的落雷情況，在2013年11月6日23時(shí)32分33秒，距離60#～61#桿塔1.2km處有一幅值達(dá)520.8kA的落雷，根據(jù)59#、62#故障桿塔巡視情況和周圍環(huán)境、當(dāng)天天氣狀況，初步判斷為反擊雷造成線路A、B、C三相故障。

3 故障區(qū)段桿塔反擊耐雷水平計(jì)算

由于此次雷擊跳閘故障監(jiān)測(cè)雷電流較大，超過(guò)了500kA，因此重點(diǎn)對(duì)59#、62#故障區(qū)段桿塔的反擊耐雷水平進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算所采取的方法是基于電磁暫態(tài)仿真分析程序的ATP-EMTP法，在ATP中分別建立雷電電流波形和雷電通道波阻抗模型、輸電線路模型、桿塔模型、絕緣子串閃絡(luò)模型、接地電阻模型及感應(yīng)電壓模型，在考慮導(dǎo)線自身工作電壓的情況下計(jì)算其在實(shí)際土壤電阻率及接地電阻值情況下的一相、兩相和三相閃絡(luò)耐雷水平，其中，雷電流源選取2.6/50.0μs的標(biāo)準(zhǔn)雙指數(shù)波，雷電通道波阻抗取400Ω，輸電線路模型采用頻率相關(guān)(基于相域變換)模型，元件參數(shù)與系統(tǒng)頻率相關(guān)，桿塔模型采用多波阻抗模型，可得到桿塔各部位電位分布情況，且與實(shí)際情況下的電位分布非常接近，絕緣子串閃絡(luò)模型采用先導(dǎo)法判別，當(dāng)先導(dǎo)長(zhǎng)度達(dá)到間隙長(zhǎng)度時(shí)，間隙擊穿，絕緣子串閃絡(luò)，接地電阻模型采用IEC推薦公式來(lái)計(jì)算有沖擊電流流過(guò)時(shí)接地體的沖擊阻抗值，感應(yīng)電壓模型采用比較符合實(shí)際情況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合公式[3-4]。

58#～62#直線故障區(qū)段桿塔檔距、絕緣子串型號(hào)、導(dǎo)線及地線型號(hào)、土壤電阻率和實(shí)測(cè)接地電阻見(jiàn)表 1。

表1 58#～62#直線故障區(qū)段線路基本參數(shù)

58#～62#直線故障區(qū)段桿塔Z1及Z2塔型及參數(shù)如圖 1。

圖1 故障區(qū)段桿塔塔型圖(mm)

在ATP中建立的58#～62#直線故障區(qū)段桿塔反擊耐雷水平仿真模型如圖 2、圖 3、圖 4。

在導(dǎo)線工作電壓相位角分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°，桿塔接地電阻為22Ω的情況下，計(jì)算線路的一相、兩相和三相閃絡(luò)反擊耐雷水平，結(jié)果見(jiàn)表 2及圖 5。

圖2 故障區(qū)段58#、59#桿塔多波阻抗模型

圖3 故障區(qū)段60#、61#桿塔多波阻抗模型

由表2及圖 5可知，在桿塔接地電阻為22Ω的情況下，59#桿塔的單回、雙回及三相閃絡(luò)反擊耐雷水平平均值分別為101kA、114kA和163kA，且當(dāng)導(dǎo)線工作電壓相位角為 60°和 240°時(shí)其單回閃絡(luò)及雙回閃絡(luò)耐雷水平一致，即受導(dǎo)線工作電壓的影響，在工作電壓相位角為 60°和240°時(shí)極易發(fā)生兩相跳閘故障。

在導(dǎo)線工作電壓相位角分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°，桿塔接地電阻為22Ω的情況下，考慮邊相安裝避雷器后線路中相(C相)反擊耐雷水平，結(jié)果見(jiàn)表 3及圖 6。

由表 3及圖 6可知，在邊相安裝避雷器后故障桿塔的反擊耐雷水平有較大提高，由于此次雷擊故障雷電流幅值達(dá)520kA，還是超出了安裝兩支避雷器后的反擊耐雷水平，因此造成了雷擊故障。

在導(dǎo)線工作電壓相位角分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°，桿塔接地電阻為22Ω的情況下，考慮雷電流520kA時(shí)，59#桿塔裝有避雷器的兩邊相

圖4 故障區(qū)段62#桿塔多波阻抗模型

表2 不同工作電壓初相角下的反擊耐雷水平及閃絡(luò)相

圖5 不同工作電壓初相角下的反擊耐雷水平

表3 邊相安裝避雷器后反擊耐雷水平(kA)

圖6 邊相安裝避雷器后反擊耐雷水平

(A相和B相)導(dǎo)線電壓幅值結(jié)果見(jiàn)表 4。

表4 59#塔邊相導(dǎo)線電壓幅值(kV)

忽略導(dǎo)線工作電壓，在桿塔接地電阻為22Ω的情況下，考慮雷電流520kA時(shí)，59#桿塔從流經(jīng)避雷器的電流，A、B相電流幅值分別為30.0kA、30.3kA。

4 結(jié)論及建議

1）本次事故為大電流雷擊導(dǎo)致的反擊造成的，且故障桿塔處于山坡，屬于易擊桿塔，需要對(duì)其防雷性能進(jìn)行評(píng)估并加強(qiáng)防雷措施。

2）本線路所處地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)烈，需要對(duì)全線進(jìn)行防雷措施進(jìn)行檢查，減少雷害風(fēng)險(xiǎn)。

3）本線路沿線土壤電阻率高，接地電阻普遍較大，需要對(duì)全線進(jìn)行防雷性能評(píng)估，需要針對(duì)不同的雷害等級(jí)進(jìn)行綜合治理。

［1］陳國(guó)慶,張志勁,孫才新,司馬文霞.輸電線路耐雷性能計(jì)算方法的研究現(xiàn)狀分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2003(05).

［2］陳國(guó)慶,張志勁,孫才新,司馬文霞.輸電線路耐雷性能計(jì)算方法的研究現(xiàn)狀分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2003(05).

［3］王志勇,余占清,李雨,何金良,耿屹楠,梁曦東.基于先導(dǎo)發(fā)展法的特高壓直流輸電線路繞擊特性分析[J].高電壓技術(shù),2011(09).

［4］李瑞芳,吳廣寧,曹曉斌,馬御棠.復(fù)雜地形輸電線路繞擊耐雷性能計(jì)算方法的改進(jìn)[J].高壓電器,2011(04).