输电线路雷击故障典型案列分析陈浪蛟

输电线路雷击故障典型案列分析陈浪蛟

陈浪蛟

(国网天府新区供电公司四川成都610000)

摘要：输电线路因雷击引起的故障跳闸频繁发生，故线路的防雷工作日益受到各级电力部门的高度重视；为有效提高输电线路防雷性能评估水平与治理能力，结合输电线路走廊雷电活动情况、地形地貌、线路结构、等差异性，利用雷电定位系统长期监测数据，统计分析输电线路全线走廊雷电分布规律，选择合适的防雷计算分析方法，对易击杆塔进行防雷分析，确定影响线路防雷的关键因素；依据现有防雷措施技术特点，采取针对性防护措施配置，制定多套具有不同特点防雷改造方案，并进行技术经济性评价，最终形成输电线路防雷治理策略；在线路管理工作中我收集了大量的雷击跳闸数据及雷电定位系统数据并利用不同防雷分析方法进行了理论计算、方案比，因此决定将输电线路雷击故障典型案列分析作为我的个人个人论文。具体分析过程如下：。

关键词：输电线路；防雷分析；防雷差异化防雷防雷措施

一、线路保护动作情况

2013年7月15日下午16:35时，220kV云龙西线故障跳闸，220kV云绣站双纵联保护动作，故障选相C相，重合闸成功，测距距云绣变电站4.1km(10#-11#),距离龙王站9.8km（8#-9#）。

二、线路故障巡视情况：

1、故障巡视过程及故障电位初步确认

故障巡视发现220kV云龙线11#C相靠大号侧1片瓷质绝缘子碎裂，靠小号侧2片瓷质绝缘子碎裂，B相靠小号侧1片瓷质绝缘子碎裂，未发现绝缘子和连接金具有放电痕迹，且220kV云龙西线接地引下线良好。因15日下午雷雨天气，并询问周围群众，了解当时该处雷雨交加，该塔有异响并伴随导线距离晃动，故初步判定该故障跳闸系雷击该线路中相（C相）瓷质绝缘子，造成中相（C相）瓷质绝缘子碎裂，同时在落下时砸碎下相（B相）绝缘子。

2、故障点的接地装置遭雷击痕迹反应

发现故障电位后，技术人员对该电位杆塔A、B、C、D四个接地引下线的放电情况进行了仔细查勘。若是雷电流反击，由于故障时雷电流将会非常大，一般来说110kV线路应当在50KA及以上，220kV线路应当在80KA及以上，这样强的雷电流一般能在接地装置的引下线与杆塔连接处出现放电痕迹。

根据现场查勘的情况看，本次雷击中，故障点位的4个接地引下线接触点均完好无损，没有丝毫放电痕迹，因此我们基本排除本次雷击为反击引起的可能。

3、故障点位绝缘子遭雷击的痕迹反应

确定雷击点位后，高空作业人员应当立即对该点位故障相的绝缘子进行近距离的仔细检查，以确认其是否有被雷击的痕迹反应，根据雷击原来，无论是雷击反击还是雷电绕击都必须实现绝缘子被击穿和建弧，这样才可能引起跳闸事故。因此绝缘子必须发现有过电压引起的弧光灼烧的痕迹才能确认该点位为雷击故障点位。

通过现场对故障相绝缘子检测发现，故障相绝缘子多处出现了弧光灼烧痕迹，因此可以断定该点位是雷击故障点位之一。

三、故障点位地形分析

1、故障点的5kM半径区域地形勘查与分析：

与此同时，我们对故障点位方圆5公里范围内的地形地貌环境继续努力进一步的梳理，通过采集杆塔的地理位置GPS信息，再输入到GoogleEarth，以此为圆心半径为5kM的范围进行分析我们发现如下特点：

220kV云龙线11#塔，位于金堂与青白江的浅丘地带，方圆5公里范围内鱼塘密布，在夏季杆塔周围存在大量的水田，因此雷雨季节时该点位相对湿度较大，雷电活动较为频繁，同时通过雷电定位系统统计历年地闪密度，发现05年起雷电活跃三年的平均地闪密度为10.92次/平方公里，证明其雷电活动情况极为活跃，与其地形特点相符。

2、故障点的绕击半径内微地形勘查与分析：

考虑到杆塔所在微地形情况对杆塔的绕击上限将产生巨大影响，因此我们以故障相导线为基准，往两侧延伸100米的区域设定为杆塔微地形研究范围，以查勘和分析微地形对该点位绕击参数产生影响如下：

该点位10-11档距长达588米，明显比11-12#档段更易遭受雷击，通过进行微地形分析，我们发现10#杆塔位于浅丘坡顶，11#位于另一浅丘坡顶，档距中间为山谷，其海拔落差约为8米，因此考虑地形修正高度为+8米。(相当于将杆塔升高8米)

四、故障点位雷击计算：

在现场、台账及地理微地形参数收集完成后，下面我们就针对该点位的雷击参数进行数学几何建模和计算，以便得到该塔所有雷击参数，特别是该塔位、该档段雷电反击耐雷水平和绕击耐雷水平，进一步算出其反击跳闸率和绕击跳闸率，这样我们可以将以上参数和雷电定位系统中的参数进行对比，从理论进一步确定本次跳闸的类型，进而分析出雷击跳闸的主要影响因素。

1、耐张直路修正参数α

该系数是考虑绝缘子与杆塔横担水平夹角对导线弧垂影响的数学描述，我们知道直路杆塔的绝缘子是竖直的，因此此时导线高度为横担高度减去绝缘子长度，但是如果是耐张则绝缘子串是倾斜的，因此我们可以考虑角度影响，用Sinα*绝缘子串长度来反应这个情况。

从该点位故障相的情况来了，由于是耐张塔的缘故，因此采用α=0度。

2、地形修正高度ΔH

地形修正高度主要反应微地形因素对杆塔雷击的影响，特别是对线路绕击故障的影响，例如两基杆塔跨越山谷和跨越上坡是两种不同的情形，这时就必须考虑微地形环境对绕击参数造成的影响，例如导线弧垂为10米，而其跨越的山谷和其弧形相似，谷深为10米，那么我们有理由认为山谷作用已经抵消了弧垂的影响，因此应当设定一个+10米的参数来表征，地形对到导线高度的影响。山坡的情况相反。

通过以上微地形分析我们知道该线路ΔH=+8米

3、绝缘子串实际长度Lj

绝缘子串实际长度问题，一般理论上应当可以通过单片绝缘子的结果高度和绝缘配置片数的乘积得到，科室由于厂家生产标准的差距，因此需要对具体的串长进行现场测量或者检修后对取下的绝缘子串长度进行精确测量。同时需要注意的是，尤其是复合绝缘子有的厂家的产品其实际绝缘子和理论值存在一定的差异，这将直接影响到其绝缘水平，而绝缘水平对防雷的影响非常大，这点将在后面详细描述。

通过现场测量我们知道该点位绝缘子串实际长度为Lj=2.4米

4、绝缘子串考虑完整率σ

绝缘子串劣化的问题以前一直是一个呗忽略的问题，因为在以前的防雷分析中更多的是依据经验对雷击类型和原因进行判断，可是在我们真正的对雷击过程进行较为精确的数学建模计算时我们才发现绝缘子劣化率问题是影响雷击类型和造成雷击故障的最主要原因之一，由于受到产品厂家、产品批次、绝缘子污秽程度、当天天气情况等诸多因素影响，因此在实际分析中依据经验我们认为有必要考虑20%的劣化情形，因此绝缘子串考虑完整率一般取80%。

由于该点位采用自贡红星绝缘子，通过绝缘子自爆情况和剩余绝缘子进行零值、低值检测后我们可以确定整串绝缘子的完整率σ=80%

五、雷击故障原因分析：

为准确的找到雷击故障真正原因，在确定了雷击的类型和故障电流后我们应当制定原因分析的方案，为理清原因分析的重点方向，我们从能采取防雷措施入手，在假设采取相应措施后对本次雷击可能产生的影响，如果一个措施采取后能完全避免该次雷击故障的发生，则我们有理由相信这就是造成本次雷击故障的主要原因：

1、选择质量良好的绝缘子保证绝缘子串完整率

首先我们将绝缘子的完整率由80%提升到100%在进行计算，我们发现反击耐雷水平以及绕击耐雷水平均有所提高，具体详见下表：

5、安装线路型氧化锌避雷器

线路避雷器防雷在原理上不同以上几种防雷措施，它既不能有效防止雷电流绕击到导线或者直击到杆塔上，但是它能提早导通雷电流泄流通道，避免雷电流引发的工频续流（建弧），因此能有效避免雷击跳闸事故，但是避雷器使用中存在以下三个问题：

一是保护范围十分有限，根据其保护原理我们知道避雷器只能保护本基杆塔不被雷电流建弧，但是未安装避雷器的杆塔则无法避免，在雷电流绕击导线时，其会沿着导线往两边泄流，则没有按照避雷器的杆塔依然会发生跳闸。因此必须在相邻的两基杆塔上也安装避雷器，总计需要安装三基杆塔，则成本进一步增大。

二是线路避雷器缺乏年检预试维护，导致避雷器从装上后，运维单位就不能有效的掌控该设备的运行状况，因此避雷器在运维过程中增加了线路隐患发生机率。

三是110KV线路的反击倒流反而引发类似导线绕击故障的问题，对于110KV线路由于其反击耐雷水平较低，一般处于城乡结合部的高跨越杆塔，其总共可以达到50-60米，因此其遭受雷击概率相当大，而反击耐雷水平只有40KA左右，假设一个100KA以上的雷电流击中杆塔，则雷电流会沿着避雷器传递到导线上，再通过导线引发下基杆塔类似绕击跳闸。

结束语：通过以上详细比对评估，我们基本可以看出，真正引发本次雷击故障的根本原因在于以下两方面：

一是杆塔的塔形为老旧设计，起保护角达19度，造成其绕击上限电流居高不下达到24KA，这是引发本次雷击跳闸的最直接因素。

二是绝缘子完整率较低，由于采用红星绝缘子，其劣化率很高，瓷质绝缘子竟发生了自爆现象，因此导致其反击耐雷水平及绕击耐力水平都偏低。若是采用质量较好绝缘子则杆塔发生绕击和反击可能性都会相应减小。

作者简介：

陈浪蛟（1986-）男，汉族，四川成都人，本科，国网天府新区供电公司，输电运检专责