关于一起雷击跳闸事故的分析及防治措施探讨

关于一起雷击跳闸事故的分析及防治措施探讨韩斌杨金成摘要据统计，输电线路各类事故中，雷击跳闸事故占比最高。文章通过对一起110kV输电线路雷击跳闸事故的计算、分析，得出反击是造成输电线路跳闸的主要原因，并就此提出几点提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率的措施。关键词输电线路、雷击跳闸率、耐雷水平、雷电过电压一、事故情况概述2014年8月20日04时45分03秒，国网哈密供电公司110kV某线路断路器比率差动保护、距离保护1段、零序保护1段动作跳闸，重合闸成功。故障相别A、C相。事故巡视所拍摄的绝缘子放电痕迹照片如下：图1A相绝缘子芯棒放电痕迹照片图2C相绝缘子芯棒放电痕迹照片二、线路参数及绝缘配置情况表1线路参数及绝缘配置表杆号杆塔型号呼称高/全高(m)档距(m)导线排列方式防雷保护角绝缘子型号数量及串长(mm)雷电全波冲击耐受电压(kV)接地电阻()64ZG-13.513.5/18238水平15°FXBW-110/1001串139055019.765ZG-13.513.5/18水平15°FXBW-110/1001串13905502024566ZM31-1732/36.5三角10°FXBW-110/1001串139055018.4三、故障类型及原因初步判断（一）雷击故障类型雷击线路跳闸，是因为有过电压产生。作用于输电线路上的雷电过电压分为感应雷过电压和直击雷过电压[1]。运行经验表明，感应雷过电压只对35kV及以下电压等级的线路有威胁，因此文章将不再对其分析。由直击雷过电压引起的故障类型分为雷击避雷线档距中央、雷绕击导线以及雷击杆塔塔顶（反击）。（二）原因初步判断根据变电站保护信息及现场事故巡视发现，线路跳闸时，A、C两相保护同时动作，只在A、C两相绝缘子芯棒上有明显放电痕迹，导线上并无放电痕迹。因此基本可以排除发生雷击避雷线档距中央的可能，初步判断由反击引起线路跳闸的可能性最大。下面将通过具体计算来验证以上推断。（三）具体计算过程分析1.验算是否可能发生雷击避雷线档距中央图365号杆塔尺寸图,单位mm根据《DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》[2]，档距中央导线与避雷线间的距离宜符合下式：1S=0.012L+1；其中L-档距；则64号~65号，mS86.31238012.0165号~66号mS94.31245012.01实测档距中央导线与避雷线间距离，计算1S值如下：64号~65号，导线弧垂3.92m，地线弧垂2.22m，则计算得1S=22)22.292.339.13(25.2=6.47m；65号~66号，导线弧垂4.13m，地线弧垂2.38m，则计算得1S=22)38.213.439.13(25.2=6.53m。由于实测弧垂后的1S计算值均大于规范要求设计值，故不会发生雷击避雷线档距中央的情况。2.验算发生绕击的可能根据《DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，平原线路绕击率计算公式：aPgl=9.386ha；其中a-避雷线对边相导线的保护角，查图纸依次为15°、15°、10°，h-杆塔高，依次为18m、18m、36.5m；计算得64号、65号、66号杆塔的绕击率依次为0.069%、0.069%、0.063%，因65号杆绕击率仅为0.069%，且A、C两边相保护同时动作，故可以排除绕击可能。3.验算雷击杆塔塔顶（反击）的可能因放电点在65号杆，故只对65号杆进行校验。根据《DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，杆塔上绝缘子承受的过电压最大值为：ccgttaiahkhhaLkhhRkumi)1()()1(0..1；如果miu..1大于绝缘子的50%冲击放电电压%50u，则将发生闪络，取miu..1=%50u，6.21Ia，即可以求出雷击杆塔塔顶部时耐雷水平：6.2)1(6.2)()1(01%50ccgttaihkhhLkhhRkuI；-杆塔分流系数，查表取0.86；iR-杆塔冲击接地电阻，实测得20；ah-横担对地高度，13.5m；th-杆塔高度，18m；gh-避雷线平均高度，gh=18-2/32.22=16.52m；ch-下导线平均高度，ch=13.5-1.39-2/33.9=9.51m；tL-杆塔电感，tL=180.42=7.6uh/m；其中k-导线和避雷线间的耦合系数，01kkk；1k-电晕校正系数，查表取1.2；0k-导线和避雷线的几何耦合系数，决定于导线和避雷线的几何尺寸及排列方式，1h-避雷线平均高度，1r-地线半径,查得4.5mm[3]；代入上述数值计算得，0k=0.16；则雷击杆塔塔顶部时耐雷水平，6.2)1(6.2)()1(01%50ccgttaihkhhLkhhRkuI6.251.9)16.051.952.161(6.26.786.0)19.0185.13(2086.0)19.01(55078.33kA根据雷电监测系统实时监测数据，2014年08月20日04时45分左右，查找到位于本次故障点附近有一次强雷电流回击，其瞬时雷电流达38.2千安。此雷电流已经超过65号杆雷击杆塔塔顶部时耐雷水平，结合放电点位置分析，可以确定此次雷击跳闸事故由反击引起。四、防治措施该线路所处地区平均海拔1700m以上，砂石地质，土壤电阻率高达500-1000m.。综合考虑经济和技术两方面因素，提出以下几点提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的措施：（一）改用空气动力型玻璃绝缘子并适当增加片数该线路64号至66号杆塔所处III级污秽地区，为提高线路绝缘水平，可考虑改用外型完全光滑的空气动力型玻璃绝缘子。此种玻璃绝缘子除具有自身闪络电压高，可零值自爆，风偏小等特点外，还兼具污秽物不易在其表面堆积的优点[4]。因此，利用玻璃绝缘子调爬方便的特性，合理增加绝缘子片数，能有效提高线路耐雷水平。（二）架设耦合地线架设地线的作用主要有两点：一是增大避雷线与导线之间的耦合系数，从而减少绝缘子两端电压（反击电压和感应电压）的分量；二是增大雷击杆塔塔顶是向相邻杆塔分流的雷电流。架设耦合地线成本一般在每公里7000元左右，因在原线路上增设，施工安装相对方便，基本无巡视维护成本，适宜在降低杆塔接地电阻困难的多雷区段架设。下表为早期我国部分有耦合地线线路的运行结果汇总[5]；表2几条有耦合地线线路的防雷性能比较线路名220kV广东某线（dT=82）220kV华东某一回线（dT=60）1100kV福建某线（dT=70）对比线段总长/km架耦合线前运行跳闸率/100km.a架耦合线后运行跳闸率/100km.a有耦合线与无耦合线跳闸率对比86.2（1961.1-1963.12）2.49（1964.1-1972.9）1.160.45549.2（1960.9-1964.12）4.01（1965.1-1972.9）2.570.6429（1960.3-1964.12）6.4（1965.1-1972.9）3.470.54将上述3条线路跳闸率对比值取平均值得0.54，即架设耦合地线后，跳闸率降低46%。（三）装设线路型避雷器线路型避雷器将其伏-秒特性与绝缘子的伏-秒特性相配合，当线路遭受雷击时，避雷器可靠动作，间隙被击穿，泄放雷电流能量，以保护绝缘子串不发生闪络[1]。为充分利用资金，应广泛利用雷电监测系统，加强雷电信息采集，根据统计数据，线路避雷器可优先安装在下列杆塔：山区线路雷击活动频繁区域的杆塔；杆塔接地电阻超过设计要求且已发生过雷击闪络的杆塔。本次发生雷击跳闸事故的65号杆塔非常适合安装线路型避雷器。（四）采用爆破接地技术爆破接地技术是通过爆破制裂，再用压力机将低电阻率材料压入爆破裂缝中，从而起到了改善很大范围的土壤导电性能的目的。此技术的降阻效果已经得到很好的验证，采用这种技术对广东220kV韶郭线300号杆塔的接地装置进行了改造，将接地电阻从270降到10.4，极大的提高了线路的绝缘水平[6]。五、结束语做好输电线路防雷工作，有效提高输电线路的供电可靠性，对国民经济建设至关重要。文章提出的几点提高输电线路综合防雷水平的措施对新疆戈壁、山区输电线路（尤其老旧线路）具有十分重要的参考价值。参考文献[1]张红.高电压技术（第二版）.北京.中国电力出版社，2009.[2]电力工业部电力科学研究院高压研究所.DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合.北京.中国电力出版社，1997.[3]孟遂民，孔伟.架空输电线路设计.北京.中国电力出版社，2007.[4]闫东，张亚鹏，卢明，宋伟，姜国庆，张柯.污秽地区玻璃绝缘子的选用.电磁避雷器，2005（05）[5]杜澍春.高压输电线路防雷保护的若干问题.电力设备.2001.(01)[6]罗真海，何金良.爆破接地技术在降低杆塔接地装置接地电阻中的应用.中国电力.1999(06)作者简介韩斌，1989年10月出生，国网哈密供电公司输电运检室运维二班检修工、输电线路中级工，毕业于东北电力大学土木工程（输电工程方向）专业。杨金成，1990年8月出生，国网新疆电科院计量中心标准量传室电气一次专责、助理工程师，毕业于东北电力大学电气工程及其自动化专业。