江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障分析

喻濱 丁元

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司江西南昌330000）

江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障分析

喻濱 丁元

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司江西南昌330000）

本文針對江西電網(wǎng)500kV輸電線路在2015年的7次雷擊跳閘故障桿塔，進(jìn)行了反擊、繞擊的耐雷水平和跳閘率的計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場登塔檢查及雷電定位系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)，判斷出繞擊是江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障的主要原因，并據(jù)此制定了差異化防雷措施。

反擊：繞擊：故障分析

前言

隨著極端天氣頻現(xiàn)，江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊引起的跳閘故障也逐年上升，雷擊跳閘在總跳閘事故中的比例也呈上升趨勢，其中2015年雷擊跳閘7次，占總跳閘次數(shù)的63%。鑒于此，對江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障進(jìn)行分析，并針對故障原因進(jìn)行防治也顯得意義重大。

1 雷擊跳閘的主要形式

出現(xiàn)在輸電線路上有兩種大氣過電壓：①雷電擊中線路下發(fā)地面，由于電磁感應(yīng)所引起的，稱為感應(yīng)雷過電壓；②雷電直接擊中線路本體引起的，稱為直擊雷過電壓。由于500kV線路絕緣水平較高，感應(yīng)雷過電壓不會(huì)引起閃絡(luò)。雷直擊于有地線線路的情況可分為三種，即雷擊桿塔塔頂、雷擊地線檔距中間和雷繞過地線擊于導(dǎo)線，前兩種統(tǒng)稱為反擊，后一種稱為繞擊。

1.1 反擊

當(dāng)雷電直接擊中桿塔或地線時(shí)，如果桿塔接地電阻較大，雷電流通過接地裝置時(shí)會(huì)出現(xiàn)很高的電位，因此與接地裝置相連的桿塔也會(huì)處于高電位。當(dāng)桿塔電位升高到一定值時(shí)，桿塔對導(dǎo)線放電使絕緣發(fā)生擊穿，從而導(dǎo)致線路跳閘。如桿塔與接地裝置的阻抗較低，則線路的耐雷水平較高。一般500kV線路為125～175kA。

1.2 繞擊

在雷電波作用下，線路與大地之間存在阻抗（稱為波阻抗），當(dāng)雷電繞過地線擊中導(dǎo)線時(shí)，雷電流將經(jīng)導(dǎo)線的波阻抗流散大地，導(dǎo)線的電位同時(shí)也急速上升，使導(dǎo)線對桿塔之間發(fā)生閃絡(luò)，從而導(dǎo)致線路跳閘。由于導(dǎo)線的波阻抗較高，較低的雷電流可以產(chǎn)生較高的電壓，因此線路的繞擊耐雷水平較低。按有關(guān)規(guī)程上的算法，線路的繞擊耐雷水平為U50%/100（kA），其中U50%為線路絕緣子串的50%沖擊放電電壓。

2 雷擊故障計(jì)算

2.1 反擊計(jì)算

本文桿塔反擊計(jì)算中分別采取規(guī)程法和ATP-EMTP（電磁暫態(tài)模型）法進(jìn)行計(jì)算。

2.1.1 規(guī)程法計(jì)算

根據(jù)DL/T620-1997，在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，輸電線路反擊耐雷水平為：

式（1）中：U50%為絕緣子串50%沖擊閃絡(luò)電壓（kV）；k為導(dǎo)線線間耦合系數(shù)；k0為導(dǎo)線與地線間的耦合系數(shù)；β為分流系數(shù)；Rch為桿塔沖擊接地電阻（Ω）；ha為橫擔(dān)對地高度（m）；ht為桿塔高度（m）；hg為地線平均高度（m）；hc為導(dǎo)線平均高度（m）；Lt為桿塔等值電感（μH）。

規(guī)程法是由早期線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測與模擬試驗(yàn)歸納得出的，主要考慮保護(hù)角和桿塔高度的影響，將地形宏觀地分為平原與山區(qū)兩種，未考慮雷電先導(dǎo)入射角、地面傾角、桿塔形狀、工作電壓和雷電參數(shù)等對繞擊率的影響，無法解釋屏蔽失效、存在最大繞擊電流的問題和繞擊率過大的原因[2]。

2.1.2 ATP-EMTP計(jì)算

ATP-EMTP仿真計(jì)算法基于架空線路的實(shí)際布線結(jié)構(gòu)和桿塔參數(shù)，考慮雷電參數(shù)、波傳播過程、運(yùn)行電壓等建立計(jì)算模型，以絕緣子閃絡(luò)電壓值為判斷依據(jù)模擬雷擊過程，計(jì)算桿塔的耐雷水平。

2.2 繞擊計(jì)算

繞擊計(jì)算采取目前國際通用計(jì)算方法——改進(jìn)電氣幾何模型（EGM）。電氣幾何模型是指將雷電的放電特性與線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)、桿塔所在地形等聯(lián)系起來而建立的一種幾何分析計(jì)算模型，其基本原理為：由雷云向地面發(fā)展的先導(dǎo)放電通道頭部到達(dá)被擊物體的臨界擊穿距離（擊距）以前，擊中點(diǎn)是不確定的，先到達(dá)哪個(gè)物體的擊距之內(nèi)，即向該物體放電。

3 江西省500kV輸電線路雷擊故障計(jì)算結(jié)果與分析

本文針對江西省500kV輸電線路2015年雷擊故障的7基桿塔進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 雷擊故障桿塔耐雷水平及跳閘率

通過表1數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場登塔檢查結(jié)果及雷電定位系統(tǒng)收集的雷電信息，可以判定江西電網(wǎng)2015年7基桿塔故障均為雷電繞擊引起的跳閘故障。

4 結(jié)論

通過對江西電網(wǎng)500kV輸電線路2015年雷擊故障分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）江西省500kV輸電線路中，單回路輸電線路邊相易遭受雷擊，雙回路輸電線路中相易遭受雷擊。同時(shí)，由于山坡對導(dǎo)線的屏蔽作用減弱，導(dǎo)致處于山頂或山坡上桿塔的下坡側(cè)導(dǎo)線更易遭受雷擊。

（2）江西電網(wǎng)500kV輸電線路防雷電反擊水平遠(yuǎn)高于防雷電繞擊水平，建議對500kV輸電線路進(jìn)行防雷評估，針對桿塔的具體情況進(jìn)行防雷差異化改造，對需要改造的桿塔安裝可控放電避雷針。

[1]周澤存，沈其工，等.高電壓技術(shù)（第二版）.北京：中國電力出版社，2005.

[2]黎彬.基于電氣幾何模型的輸電線路繞擊耐雷性能研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2008.

TM75

A

1004-7344（2016）24-0063-01

2016-8-10