國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學研究院 伊曉宇

針對一起1000kV特高壓輸電線路雷擊跳閘事故，對故障巡視、故障原因排查、雷擊故障原因等進行了詳細分析，確定了故障原因為在風偏及雷擊共同作用下造成繞擊雷放電故障。本文并對線路防雷改造措施進行了討論，可為輸電線路防雷改造和降低雷擊跳閘率提供有益參考。

1 故障基本情況

1.1 故障簡述

2020年XX月15日16時29分，1000kV某線B相故障，重合成功。故障前該1000kV線路為正常運行方式，線路故障前負荷為517.26MW，故障電流為7.77kA。

故障測距信息：1000kV線路A變電站行波測距距離該站44.9km，對應桿塔N0086-N0087，位于XX市XX鎮(zhèn)西馬連村；B變電站行波測距距離該站125.6km，對應N0089-N0090，位于XX市XX鎮(zhèn)東馬連村。

分布式故障系統(tǒng)：分布式故障裝置判斷該次跳閘為雷擊跳閘故障，距離A站48.614km，對應桿塔N0093-N0094，位于XX市XX鎮(zhèn)西趙村。故障點N0094塔距離A站48.747km，距離B站123.304km。故障現(xiàn)場放電情況如圖1所示。

圖1 故障現(xiàn)場情況

1.2 故障線路及區(qū)段基本情況

1000kV某線起于1000kV A變電站，止于1000kV B變電站。省內責任運維區(qū)段為N10號塔小號側第7個間隔棒處（含）至N184號塔大號側第8個間隔棒處（含），運維長度90.394km，鐵塔175基，其中雙回塔38基（耐張塔8基，直線塔30基），單回塔137基（耐張塔22基，直線塔115基）。途徑4個行政縣（市）、13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

此次故障點N0094塔型為ZB29103，呼稱高60m，位于XX市XX鎮(zhèn)西趙村，地處平原，海拔高度7m。故障區(qū)段接地電阻值為15Ω，導線對地高度為49.5m，導線型號為JL1/G1A-630/45，地線型號左側為JLB20A-170，右側為JLB20A-170，邊相導線保護角：≤6°。N0094塔型為ZB29103，高程7m，相鄰大號側N0095為直線塔，檔距527m，高程7m，小號側N0093為直線塔，檔距512m，高程7m。

1.3 故障時段天氣基本情況

故障時現(xiàn)場天氣為中雨，伴有雷電，西風七級，局部十級。

2 故障巡視情況

故障發(fā)生后，運維單位立即啟動應急預案，第一時間趕往現(xiàn)場，開展帶電登塔及無人機精確巡檢相結合故障點查找?，F(xiàn)場人員先對測距段N0083-N0096進行地面巡視，現(xiàn)場無外破、樹木、異物等痕跡。18時20分，對N0085-N0090完成無人機精準巡查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

16日，運維單位8名輸電專業(yè)人員分成兩個排查小組，對故障段繼續(xù)開展現(xiàn)場排查工作，現(xiàn)場分別對N0092-N0096、N0092-N0086區(qū)段開展精確查找。于07時10分，發(fā)現(xiàn)N0094塔小號側線夾出口1m處3#子導線有明顯放電痕跡，隨后安排人員開展帶電登塔檢查。發(fā)現(xiàn)對應上曲臂側塔材有明顯放電痕跡，初步判斷該處為故障點。專業(yè)人員對N0083-N0096進行登塔檢查及無人機巡視，未發(fā)現(xiàn)異常。

16日，11時屬地省公司及電科院相關人員到達現(xiàn)場，通過對現(xiàn)場放電點痕跡照片、現(xiàn)場環(huán)境、放電通道等情況綜合分析，并結合故障時現(xiàn)場天氣情況、雷電定位系統(tǒng)以及測距信息，最終確認N0094塔為故障點。故障點不影響線路運行。

3 故障原因分析

3.1 故障原因排查

（1）閃絡點痕跡：N0094絕緣子表面和桿塔無鳥糞污染痕跡，周邊未發(fā)現(xiàn)易漂浮物，無發(fā)生鳥糞閃絡、異物短路閃絡因素；（2）氣象特征：故障當日現(xiàn)場天氣為雷雨天氣，未發(fā)生霧霾天氣，不具備污閃環(huán)境及氣象特征；（3）風偏放電：經(jīng)設計核算，在大風工況下（設計風速29m/s時）搖擺角為45.66°，根據(jù)當?shù)貧庀缶中畔?，當時風速為16.6m/s，導線風偏搖擺角為26.95°，對塔身最小間隙值為6.279m，大于設計規(guī)范最小間隙值2.7m的要求，排除風偏放電；（4）桿塔情況：桿塔無固定施工點，不具備外破發(fā)生條件。綜合考慮故障的地理特征、天氣特征、閃絡點痕跡等，排除線路發(fā)生鳥閃、污閃、風偏、外破故障的可能性。

3.2 雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

故障時刻故障區(qū)段線路周邊范圍3km內僅有1次雷電活動記錄，分布在N0094塔區(qū)段附近。根據(jù)雷電系統(tǒng)信息分析，故障時段，N0094附近，查詢到一負極性的落雷，雷電流為-21.4kA，判斷為雷擊造成跳閘。

3.3 雷擊原因分析

（1）氣象信息復核

風偏復核結果：經(jīng)相關設計院復核計算，按照設計風速對N0094塔校核，在大風工況下（設計風速29m/s時）搖擺角為45.66°，設計規(guī)范最小間隙值要求為2.7m，大風工況下不會對塔身放電。根據(jù)當?shù)貧庀缶中畔?，當時風速為16.6m/s，導線風偏角搖擺角為26.95°，對塔身最小間隙值為6.279m，確定當時大風工況下不會對塔身放電。

（2）耐雷水平仿真分析

利用ATP-EMTP仿真平臺，對故障桿塔進行建模，進行耐雷水平仿真?？紤]風偏后導線對塔身的空氣間隙（導線與塔身空氣距離6.279m），得到不同相角下線路故障桿塔B相平均耐雷水平約為18.4kA。當雷電流為-21.4kA時，通過雷擊閃絡波形如圖2所示，可以看出此時B相導線與塔身之間的空氣間隙發(fā)生閃絡，此時耐雷水平比1000kV桿塔繞擊耐雷水平典型值（30kA左右）降低約11.6kA。

圖2 -21.4kA雷電擊中B相導線時各相絕緣子串電壓波形

（3）最大繞擊電流計算

故障桿塔位于平原，導、地線中距分別為16.72m和20.3m，代入計算公式得雷電對避雷線的擊距rsk為80.06，根據(jù)IEEE推薦參數(shù)可得最大繞擊電流Isk為24.54kA，大于造成此次故障的雷電流幅值，即繞擊耐雷水平（18.4kA）<雷電流幅值（21.4kA）<最大繞擊雷電流（24.54kA），滿足繞擊并閃絡條件，故可以發(fā)生繞擊故障。同時通過仿真模型對故障桿塔反擊耐雷水平進行計算，結果表明平均反擊耐雷水平約為325kA，大于此次雷擊故障時的雷電流幅值，故排除反擊可能。

綜上所述，最終判定此次故障原因為風偏造成B相導線與塔身距離明顯減小，同時雷電繞擊B相導線，造成B相導線與塔身放電，即在風偏及雷擊共同作用下，繞擊雷放電故障。

4 防雷措施改進

輸電線路的雷擊跳閘受多種因素的影響，需要結合當?shù)氐膶嶋H情況在綜合考慮架空輸電線路結構特點以及周圍所具有環(huán)境特點的基礎上，合理選擇恰當?shù)姆览状胧?，從而達到預期的防雷效果。架空輸電線路進行防雷工作的主要工作內容有以下三大部分：第一部分是防雷擊過電壓；第二部分是提高線路絕緣水平；第三部分是提供良好泄放通道。

綜合以上分析，建議可從如下方面進行改進：一是結合線路停電檢修，對塔材進行防腐處理，提高線路的整體絕緣水平；二是可將故障區(qū)段列為雷電活動多發(fā)區(qū)，每年雷雨季節(jié)來臨前，開展接地電阻、地線等防雷設施檢測，對不符合要求的及時治理；三是對線路進行防雷評估，制定差異化防雷治理專項方案，采取加裝避雷器、降低桿塔接地電阻等方式，提升線路耐雷水平。