[一起220,kV架空线路故障跳闸分析] 架空线路落地会跳闸吗

　　摘 要：在电网的实际运行中，配电线路发生故障跳闸很常见，配电线路发生跳闸后会引起线路诸多不良现象。文章在故障分析的基础上，加强故障录波波形及雷电定位系统的分析，并与雷电定位系统结果加以印证，方便故障分析及故障点的查找，以开展雷电流波形探测手段的研究及广泛测量工作。
　　关键词：架空线路；故障点；防雷；分析；措施
　　中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0030－02
　　
　　电力工程的不断发展使高压输电线路施工变得更加普遍，尤其是高压架空线路的施工逐渐成为电力工程的重要构成。但由于受到外界环境因素的影响，当前高压线路施工意外事故的发生率大幅度上升，不仅影响了工程的施工进度，也威胁着施工人员的安全。
　　1 事故描述
　　某线路两端纵差保护动作，三相跳闸，重合不成，两侧变电站测距分别为8.1 km和20 km，当地气象为雷雨天气。故障线路全长30.768 km，杆塔总数89基，导线型号2×LGJ－300/40；地线型号有JLB495－95、GJ－50和OPGW3种；2006年4月投运，其中1～61基塔为老线路破口后利旧设备，61～89基塔为新建线路。
　　2 故障点情况
　　2.1 雷电定位分析情况
　　雷电系统查询范围为1 km 20时40至50分以内此线路落雷情况：2010年5月4日20时43分，此线路22～24塔位附近有负极性落雷1个，雷电流大小为－99.7 kA；20时48分，此线路21～24塔位附近有负极性落雷2个，雷电流大小分别为－69.8 kA和－22.2 kA。
　　2.2 巡线情况
　　经巡线人员登塔检查，发现24～26号塔绝缘子均有不同程度放电迹象。从故障点的故障表象来看，24、26号塔瓷绝缘子片均有伞裙脱落的情况，24号塔B相跳线串导线数第1片绝缘子与扁担线夹间有闪络痕迹，但都没有发现贯穿性的放电痕迹；在25号塔的AB两相均发现了贯穿间隙的放电迹象，合成绝缘子第一片伞裙和均压环之间有明显的放电痕迹，均压环上有短路电流烧蚀的圆孔，可以初步判断为本次故障的放电点。
　　2.3 防雷措施及杆塔形式
　　24号、26号铁塔型号为JG2型，呼称高为18 m，导线排列方式为三角排列，最大保护角为11.54 °；25号铁塔型号为ZM2型，呼称高为27 m，导线排列方式为水平排列，最大保护角为5.71 °；27号、28号于2001年8月安装线路避雷器，58号于2002年5月安装线路避雷器；线路无接地缺陷，虽处于山区，但山土较厚，土壤电阻率较好。
　　2.4 接地电阻和接地改造情况
　　现场测量接地电阻阻值：24号为5.4 Ω，25号为7.3 Ω，26号为8.1 Ω；2007年6月接地电阻故障前最后一次测量值：24号为9.5 Ω，25号为8.6 Ω，26号为8.9 Ω。
　　2.5 绝缘子形式及配置
　　此线路220 kV线路24号～26号塔地处4级污区，24号、26号绝缘子为XP－10型16片双串绝缘子，爬电比距为2.61 kV/mm，已施涂防污闪涂料RTV，绝缘子单片爬距为360 mm，产地为大连电瓷厂。25号合成绝缘子为FXBW－220/100单串绝缘子， 爬电比距为2.86 kV/mm，产地为保定电力修造厂。
　　3 故障分析
　　3.1 故障过程分析
　　分析1：从故障录波情况，可进一步明确三相故障同时发生，而不是由单相或两相故障发展而成。结合故障放电痕迹，可判断在25号塔发生三相短路故障。另外结合故障录波的时间显示，短路时间为20∶43∶12.650，为进一步明确故障时间，对比走廊范围内20∶40～20∶50的雷电活动情况进行了查询，结果在20∶43∶12.650有一次雷击发生在距线路仅183 m处，雷电流幅值达到－99.7 kA，与短路故障的时间吻合度在1 ms以内。
　　分析2：线路的三相雷击故障通常由反击造成。综合雷电定位系统的查询结果以及放电痕迹，可以判断线路三相跳闸是由发生在20∶43∶12.650、电流幅值较高的雷击造成三相同时反击所致。从杆塔的绝缘配置来看，24号、26号均为耐张塔、采用瓷绝缘子；而25号采用复合绝缘子，由于均压环的存在使实际绝缘间隙距离减小，绝缘水平相对较低，更易发生反击。而且从放电痕迹来看，25号塔AB两相贯穿性放电迹象明显，可判断为本次故障的实际放电点。
　　分析3：线路24号～26号杆塔接地电阻分别为5.4 Ω、7.3 Ω和8.1 Ω，接地情况良好。一般情况下接地电阻低于10 Ω时线路的反击耐雷水平较高。按照规程法计算接地电阻为7.3 Ω和10 Ω时杆塔的耐雷水平分别为80.3 kA和74.2 kA，并且该耐雷水平为平均反击耐雷水平或者单相反击的耐雷水平，如果要发生三相反击跳闸，对应的雷电流幅值还要进一步提高。
　　分析4：雷电定位系统记录的雷电流幅值为－99.7 kA，如果考虑其20%左右的测量误差，可能的实际最大雷电流幅值为－120 kA。使用电磁暂态程序对不同工频相位下发生雷击塔型的情况进行计算，结果表明在一定工频相位条件下，－120 kA的反击雷电流可能造成线路的两相同时跳闸，但不会造成三相跳闸。
　　分析5：对于绝缘水平一定的线路，在雷电反击作用下是否发生跳闸，除与雷电流的幅值有关外，还和雷电流的波形有关。IEC以及行业标准中都以2.6/50 μs双指数波作为分析研究雷电流的标准波形，以上的分析也都基于上述波形进行。但实际观测表明，雷电流的波头时间在1～4 μs范围内广泛存在，波头为2.6 μs的波形代表了一种典型情况。通过仿真分析发现，在雷电流幅值相同的情况下，雷电流的波头时间越短、反击过电压的上升速度越陡，对线路绝缘的破坏性越强；当波头时间减小为1.8 μs时，110～120 kA的雷电流可能造成三相导线同时反击。
　　分析6：闪络发生后，反击产生的电压波延三相导线向两侧传播，24号B相绝缘子导线侧第一片绝缘子的闪络痕迹即由这种电压波造成。但由于该电压幅值较低，只能引发局部的间隙放电，而不会造成整个间隙的闪络。
　　综上所述，可以判断5月4日的雷击跳闸是由一次幅值在110～120 kA并且波头时间明显小于常规情况的雷电反击所致；由于雷电流波头时间较短，反击过电压对绝缘破坏性较强，使得杆塔接地电阻并不高、雷电流幅值也不是很大情况下，发生了三相反击跳闸。
　　3.2 多杆塔瓷绝缘子破损原因分析
　　本次雷击故障中，除25号塔发生闪络放电外，24号塔AC相、26号塔A相还发现了瓷绝缘子伞裙破损、脱落的情况；从具体情况来看，绝缘子破损可能是由两个原因造成的。
　　根据故障过程分析结果表明，本次雷击是由一次陡波头雷击所致；而短波头时间雷电流的另一个特点就是比常规波形更容易引发相邻杆塔的同时闪络。24号塔A相绝缘子片的破损很可能就是由于25号塔闪络后、电压波沿导地线传播造成24号杆塔的相继闪络。由于雷击放电通常为间隙放电而非沿面放电，其放电路径具有一定随机性，可能造成放电电弧烧损中间数片绝缘子的情况。
　　4 并联间隙防雷措施的针对性分析
　　绝缘子并联间隙是一种不同于传统防雷措施的“疏导型”保护方式，其思路是允许线路有一定的雷击跳闸率，但通过并联间隙与绝缘子间的绝缘配合，达到利用间隙接引闪络通道、疏导工频电弧作用，从而避免绝缘子故障损坏、提高重合闸成功率，避免永久性故障的发生；同时还可通过并联间隙达到均匀工频电场，实现差绝缘配置等方面作用。
　　5 分析结论及措施建议
　　（1）本次线路跳闸是由一个波头时间明显小于常规波形的雷电反击所致；由于反击过电压上升速度快，对线路绝缘破坏能力强，使得在杆塔接地电阻不高、雷电流幅值也不大的情况下，仍然发生了三相同时反击跳闸；并引发相邻杆塔绝缘子出现破损和放电迹象。
　　（2）应加强故障录波波形及雷电定位系统的分析，波形应包括故障线路电压电流、保护动作及跳闸时间等信息，以便进行故障类型判别，并与雷电定位系统结果加以印证，方便故障分析及故障点的查找。
　　（3）鉴于近期短波头雷击故障的发生，对于线路的耐雷水平及防雷分析有显著影响，应加强雷电活动的波形特征研究并开展针对性防范工作，进一步开展雷电流波形探测手段的研究及广泛测量工作。
　　（4）防雷工作应从以往的单独传统“堵塞型”向兼顾并联间隙“疏导型”防雷方式转变，减少设备损失，并综合考虑线路雷害风险、运行年限、绝缘型式以及线路短路电流等信息，实施绝缘子并联间隙防雷保护装置的研制及试用工作。
　　
　　参考文献：
　　［1］黄连壮，王丽.220 kV架空线路并联间隙防雷保护研究［J］.电网技术，2006（13）.
　　（编辑：王昕敏）
　　
　　The Trip Analysis of 220 kV Overhead Line Fault
　　Chen Jianping
　　Abstract: In the actual operation of the grid, the distribution line is very common fault trip, trip distribution lines will cause the line a lot of negative phenomena. On the basis of failure analysis, the article strengthens the analysis of fault recording waveform and lightning location system, and the results confirmed with the lightning location system to facilitate fault analysis and fault point to find, to carry out research and extensive measurements of the lightning current waveform detection means job.
　　Key words: overhead lines; failure point; lightning protection; analysis; measures