110kV同塔双回线路两次同时雷击跳闸原因分析及防范措施保绍昆

110kV同塔双回线路两次同时雷击跳闸原因分析及防范措施保绍昆

保绍昆

（云南电网有限责任公司昆明供电局昆明650000）

摘要：文章对110kV同塔双回路输电线路两次同时雷击跳闸及查线情况进行了介绍，通过对同塔双回路输电线路雷击跳闸原因深入分析，提出了此类故障的预防措施，对今后同塔多回路架设输电线路雷击跳闸分析及防范工作中有一定的借鉴作用。

关键词：同塔双回；故障；雷击；跳闸

110kvwithdoublecircuitlinetowerstwolightningtripatthesametimeanalysisofthecausesandpreventivemeasures

BaoShaokun

（Kunmingpowersupplybureau，YunnanelectronicpowergridKunming650000，China）

Abstract：Articlesof110kvwithtwodoublecircuittransmissionlinetowersandlightningtrippingandchecklineareintroduced，throughtothedongthapdoublecircuittransmissionlinelightningtrip-outreasonanalysis，suchfailurepreventionmeasuresareputforward，inthefuturewithmultilooptowerserecttransmissionlinelightningtrip-outanalysisandprotectionworkhasthecertainmodelfunction.

Keywords：Towerdouble；failure；lightning；Trip

1线路跳闸情况及故障查找情况

1.12015年06月10日，16：10220kV某变电站110kV东某线175断路器、110kV某汤线176断路器距离Ⅰ段保护动作跳闸，重合成功。故障巡视发现：110kV某汤线#97（与110kV东某线#86同杆架设），小号侧下台导线（C相），内串绝缘子横担起第一片有闪络痕迹，引流线有轻微放电痕迹，接地电阻测量：A：3.6ΩB：3.7ΩC：3.7ΩD：3.6Ω（钳形表），110kV某汤线#98（与110kV东某线#87同杆架设），小号侧下台导线（C相）外串横担起第一片绝缘子有雷击闪络痕迹。接地电阻测量：A：4.2ΩB：4.6ΩC：4.5ΩD：4.3Ω（钳形表）；110kV东某线#87（与110kV某汤线#98同杆架设），小号侧上台线（B相）内串横担起第一片绝缘子有雷击闪络痕迹。接地电阻测量：A：4.2ΩB：4.6ΩC：4.5ΩD：4.3Ω（钳形表）

1.22015年06月22日19：46220kV某变电站110kV东某线175断路器跳闸，重合闸动作成功。220kV某变电站110kV某汤线176断路器跳闸，重合闸动作成功。故障巡视发现：110kV某汤线#95小号侧中台导线（A相）内串横担起第一片绝缘子有雷击闪络痕迹；110kV某汤线#97小号侧中台线（B相）外串横担起第一片绝缘子有雷击闪络痕迹；110kV某汤线#98小号侧中台线（B相）外串横担起第一片绝缘子有雷击闪络痕迹；110kV某汤线#99（直线塔）下台线（B相）、中台线（C相）有雷击闪络痕迹。A：8.2ΩB：7.8ΩC：8.2ΩD：8.0Ω（钳形表）；110kV某汤线#100（直线塔）直线塔上台线（A相）、下台线（C相）有雷击闪络痕迹。A：6.6ΩB：6.6ΩC：6.6ΩD：6.7Ω（钳形表），110kV东某线#88（直线塔）下台线（C相）有雷击闪络痕迹。A：8.2ΩB：7.8ΩC：8.2ΩD：8.0Ω（钳形表），110kV东某线#89（直线塔）中台线（B相）有雷击闪络痕迹。A：6.6ΩB：6.6ΩC：6.6ΩD：6.7Ω（钳形表）。

雷电流波头部分造成的冲击电阻巨大，现场地质情况均为岩石地质，接地电阻情况不能真实反映杆塔雷电过电压泄流能力。

2故障设备情况描述

2.1两次同时跳闸故障相位对比。

2.2故障点位于110kV某汤线、110kV东某线迁改段，故障段位于老鹰山东麓，线路大致为南北走向，故障段内110kV某汤线、110kV东某线同杆架设，该双回线路与同期迁改的220kV七某I、II回，220kV某花I、II回，35kV某贡线平行架设，且海拔相对其余线路最高。

2.3110kV某汤线与110kV东某线已经采用了不平衡高绝缘配置。

3多回同塔同时雷击跳闸的原因分析

架空送电线路遭受的雷击过电压主要由近区雷击、雷击档距中央地线、绕击导线和雷击杆塔4种情况产生。近区雷击时所感应的雷电过电压不会导致线路闪络、跳闸，而一般在设计上亦较易满足雷击档距中央地线时的防雷保护要求，导致线路跳闸的主要雷击方式是雷电绕击导线和雷击杆塔两种情况。雷电绕击导线的概率与地线对边导线的保护角、杆塔高度及线路经过地区的地形、地貌、地质条件有关，一般采用经验公式计算绕击率，其主要是导致单相闪络、跳闸；同塔双回或多回同时跳闸主要由雷击杆塔时引致，而影响线路绝缘子串闪络的主要因素有雷电流波形的幅值、杆塔波阻抗、冲击接地电阻、导地线耦合系数、冲击电晕、绝缘子串伏秒特性、闪络电压分散性、绝缘配合设置、相序排列、工频电压的相位角等。

3.1绝缘子串闪络判据

在杆塔设计过程中，线路防雷模拟计算判断绝缘是否闪络时，一般都是采用标准冲击波下实验得到的绝缘伏秒特性曲线和伏秒特性定义来判断绝缘子串是否闪络。这种伏秒特性定义的判据可描述如下：如图1所示，曲线la、lb为绝缘子串上所出现的电压，曲线2为绝缘子串在标准冲击波作用下所得到的特性曲线。判断时根据曲线la、lb的峰值作水平延长线，与伏秒特性曲线2交于F点，于是认为绝缘子将于tF时刻闪络。

根据这个判据，很容易发现对于电压波a与b，不管波头时间多大，也不管电压波过峰值后变化怎么样，闪络时间都是一样的，即用这种判据得出绝缘的闪络结论是完全一样的，也就是说在判断绝缘闪络与否时只考虑与电压峰值有关而未计电压波形的影响，这与实验结果不一致。这种闪络判据忽略了雷电过电压波形的差别对放电发展的影响，而只是从过电压波的峰值来判断绝缘的闪络情况，因而其模拟计算结果会有较大的误差。这种误差，在单回线路模拟计算中只是带来一个比实际情况苛刻的结果，而在同塔并架线路的模拟计算中，这种近似判据就可能带来比实际高许多的双回同时跳闸率。

在工程简化计算中，为研究绝缘子串的闪络情况，通常使用绝缘子串的50%放电电压和绝缘子串的伏秒特性来判断绝缘子的闪络情况，通常使用绝缘子串的50%放电电压和绝缘子串的伏秒特性来判断绝缘子的闪络情况。众所周知，50%雷电冲击放电电压和伏秒特性是用标准雷电波（1.2/50μs）试验得出的，他准确的反映了标准雷电波作用下，绝缘子串的冲击绝缘特性。但在实际电力系统中，系统遭受雷击时真正加到绝缘子上的雷电过电压波形却千差万别，绝缘子承受的电压波形与标准雷电波在波形和波头、波尾时间上都有着很大的差别。实际情况中真正的过电压波很少是标准波，而大都是非标准波，其波头、波尾时间与标准波差别较大。而目前我所管辖设备设计参数的绝缘子闪络伏秒特性都是根据单回路模型计算得出，与多回同塔架设的实际情况有很大出入。当然，最准确的办法应当是直接针对特定的非标准波波形，通过实验得出绝缘子在该波形下的闪络情况，即可以制作出该波形下的伏秒特性曲线。但由于实际中遇到的波形千变万化，我们不可能对每一种波形都作出绝缘伏秒特性曲线。

3.2线路杆塔的计算模型

在工程设计上，杆塔被等效为电阻和电感相串联的集中参数，同时以塔顶电位作为横担电位来计算绝缘子串的两端电压。这种工程计算算法在杆塔较高时往往会导致较大的误差，因为高杆塔在雷电冲击电流作用下塔顶与绝缘子横担电位有较大的差别，而且杆塔各部分的分布参数的差别也较大，这两次遭受雷击的杆塔的高度均在以上，因此杆塔设计时采用的简单模型并不能反映实际的杆塔波阻抗模型计算需要，需要采用更能反映实际的杆塔模型。工程计算中针对多回路同杆架设情况，应采用图2所示的4个回路采用水平布置的四回路杆塔的杆塔波阻抗模型。

3.3闪络电压分散性对耐雷水平的影响

在实际检测到的线路雷击记录中，发现往往会出现线路横担两端绝缘子承受雷电过电压近乎相同，而闪络却只发生在一相的情况。同时，试验经验也表明，当两个绝缘子并联连接，同时加过电压时，很少会出现两个绝缘子同时闪络的现象。这些都是由于闪络特性的分散性造成的。

在雷电冲击绝缘试验中，一般很难得到绝缘间隙刚好发生放电时的电压，工程上采用的50%冲击放电电压，即在多次施加电压时，起重半数导致放电的电压。对于伏秒特性，我们也只能得到50%伏秒特性，或称平均伏秒特性，该特性曲线上的点实际为50%概率放电时间，即每个电压下多次击穿中放电时间小于该值者恰占一半。实际绝缘的完整伏秒特性应为有一定分散范围的带，如图3所示，其中曲线①为16%伏秒特性曲线，曲线②为50%伏秒特性曲线，曲线③为84%伏秒特性曲线。

因此在双回或多回同塔线路防雷计算中，应考虑绝缘子闪络数据的分散性。以使计算结果更加接近实际运行情况。按图2所示的四回路塔的杆塔波阻抗模型，在一定的假设参数条件下，对其进行单回和多回闪络耐雷水平计算，并在计算中按50%放电电压的5%、8%和10%的标准偏差来考虑闪络的分散性，计算结果如图4所示。

由计算结果可知，由于绝缘子串实际放电闪络的分散性，单回和多回闪络的耐雷水平差值增大，导致同塔多回线路的多回闪络概率降低。

3.4工频电压的影响

针对110kV线路来说，由于110kV线路工频相电压峰值已超过8片绝缘子串绝缘强度的28%，雷击时刻工频电压的相位不同，绝缘上耐受的过电压也不同。因此，在110kV同塔并架线路防雷模拟计算中，应考虑工频电压的影响。

一般雷电冲击过电压波持续时间不超过1ms，即不超过工频电压周期的5%，因此在计算中，一般不考虑冲击电压波过程中工频电压的变化，即认为在雷电波作用过程中，各相导线的工频电压时作为直流电压来考虑的。计算中，在绝缘闪络以前，也是将各相导线电位直接叠加一恒定的工频电压分量来考虑工频电压的影响。由于雷击瞬时各相导线上工频电压相位的差别，使杆塔左右两侧绝缘子两端电压波不再相似，因而有可能因此而改变多回回路跳闸率。

图5所示的是，按图2所示的四回路塔的杆塔波阻抗模型，在一定的假设参数条件下，并考虑绝缘子串不同闪络电压分散性，计算得到的雷电流作用时交流电压的相角对多回闪络耐雷水平的影响。可以看出，交流电压的相角为30度时线路多回闪络的耐雷水平最低，交流电压的相角为150度时线路多回同时闪络的耐雷水平最高。

4降低多回同塔同时跳闸率的措施

改善架空送电线路的总跳闸率和多回同时跳闸率，可采用降低塔高和杆塔接地电阻、逆相序布置、平衡高绝缘或不平衡高绝缘配置、塔头紧凑化设计以增大导地线耦合系数等多种方法和措施。具体措施如下：

4.1降低杆塔接地电阻是预防反击的有效措施。对特殊的岩石地段可采用架设塔身耦合地线、塔身拉线和沿线路走向敷设伸长接地体等措施来分流雷电流，降低杆塔顶部的反击过电压，降低反击跳闸率。

4.2在雷电易击杆塔上两回线路均安装线路避雷器，可以有效降低线路反击跳闸率。

4.3为降低同塔双回线路同时雷击跳闸率，可以采取差绝缘配置方案，其中一回线路采用并联间隙（招弧角）或线路避雷器进行防雷保护，另一回线路的绝缘水平适当加强或保持不变。

参考文献：

[1]周远翔，关雪飞随机参数对同塔双回输电线路雷击跳闸过程的影响，高电压技术，2012年03期；

[2]彭向阳，周华敏同塔多回输电线路几种防雷击跳闸措施的评估，南方电网技术，2012年03期；

[3]夏义忠输电线路雷击故障的防护措施分析，贵州电力技术，2013年07期；

[4]胡毅输电线路运行故障分析与防治，2007年7月。

作者简介：

保绍昆（1965），男，本科，工程师，云南电网有限责任公司昆明供电局，主要从事电力系统施工及生产管理。