雷擊引起500kV輸電線路導地線空氣擊穿原因分析

摘要：隨著我國經濟的發展，人們的生活水平得到提高，“電”已經成為人們的生活“必需品”，人們的生產生活已經離不開電力，我國電力發展時間較晚，并且輸電線路處于自然環境中，受天氣影響較大，我國幅員遼闊，國土面積達960萬平方千米，橫跨東西緯度較大。因此，自然環境變化較大，一些輸電線路長期處于惡劣天氣中，例如：暴雨、雪、狂風、雷電等。其中雷電是造成輸電線路跳閘的最主要原因，雷擊會導致絕緣子因串閃絡而造成跳閘，文章下述內容主要針對一個500kV同塔雙回輸電線路由于雷擊造成跳閘進行分析，通過繞擊和反擊電磁暫態模型，通過實驗，記錄繞擊和反擊狀態下的電壓波的反應，以此找出由于雷擊造成輸電線短路的主要原因，并提出科學的解決方案，為我國的電力安全運行打下堅實的基礎，促進我國經濟的發展。

關鍵詞：同塔雙回;輸電線路;累計跳閘;解決措施;雷擊反應;繞擊;反擊;方案;空氣間隙擊穿

從近年來對輸電線路運行情況的調查可知，國內外架空輸電線路跳閘的主要原因是雷擊，由于雷擊，多地線路短暫癱瘓，造成不必要的經濟損失，增加了人力、物力的輸出，雷擊已經造成我國電力的安全運行.威脅著我國電網安全運行。

在架空輸電線路出現跳閘時，相關工作人員要首先確定故障保修的信息，并且與當地的實際天氣情況相結合，對其進行初步判斷故障類型和故障點，并且，工作人員到達現場后，應巡視周圍，找出存在的不安全因素，并且通過觀察，再次確定故障類型，并且對故障進行分析[1]。一般由于雷擊造成架空輸電線跳閘是因為雷擊會導致絕緣子串閃絡，或者耐張串跳線閃絡，我國一些專家學者致力于研究典型架空輸電線路雷擊跳閘的研究。

而對于雷擊引起的檔中導、地線空氣間隙擊穿的故障比較少見，相關專家學者對這方面的研究也甚微，從目前而言，沒有相關文獻記載，文章下述內容就雷擊引起500kV同塔雙回輸電線路檔中導、地線空氣間隙擊穿故障進行研究[2]。通過仿真自然環境下的雷擊，記錄繞擊和反擊的電壓波情況，以確認雷擊造成跳閘的主要原因，并且提出科學的解決和防范措施。

一、簡述線路故障情況

（一）筒述故障發生的時間、地形

我國2016年8月22日凌晨2點32分，記載某地區500kV同塔雙回線路II線上相發生跳閘現象，重合閘成功。在故障發生區域，平均海拔在84到85米，其主要地形以農田為主，4xLGJ-400/50是此線路導線型號。OPGW2-141/24是左OPGW型號，而右地線型號為GJ-80。

（二）雷電定位系統查詢情況

經過對當地故障附近進行雷電定位系統查詢，在故障發生的前后5分鐘的時間里，以故障點為中心，方圓5千米內，一共出現雷擊的次數高達33次，并且雷擊活動主要集中在26到50號。

二、簡述對于雷擊的巡視情況

在無人機進行故障巡查時，發現在37號左上相小號側的第一個間隔棒往小號大約15米的2號和3號子導線以及其垂直上方架空地線都出現明顯的閃絡痕跡，圖1是架空地線的閃絡痕跡。

圖2，則是無人機在巡視故障時發現的2、3號子導線出現閃絡的圖片。

根據故障發生的地形來看，屬于平原地區，故障發生時，風力較小，并且經過詳細排查可知，故障周圍未發現異物，并且在重合閘時成功，這也就直接排除由于外力、異物、狂風等多個情況導致線路跳閘的原因。通過對雷擊定位系統排查時發現，在凌晨2點32分11 87秒是出現一個電流為負299.4kA的雷電記錄，并且這個雷電就發生在37號附近，并且基本與故障發生點的時間、位置、測距信息吻合。相關人員在對現場出現閃絡痕跡的位置進行檢測，并且結合當地的實際情況和雷擊定位，基本確定此處就是雷擊造成的故障點。在現場檢測可知，故障點37號桿塔接地形式是GD-2，并且檢測37號桿塔的電阻為：2.7歐姆，架空地線保護角為-25度。

三、故障原因的具體分析

我國還未有文獻詳細記載由于導、地線空氣間隙直接擊穿在運行中較為罕見，為了加強對其研究，由雷擊造成的架空輸電線跳閘，文章通過仿真模擬，主要是利用ATP-EMPTP對同塔雙回線進行仿真模擬建模，模仿當時發生時的自然環境和雷擊。在對線路進行模擬時，其取值必須模擬真實數據，例如：導線的分裂數、幾何參數、電阻率等，并且將各個桿塔的數據和接地電阻進行確認，以確保試驗的準確性。

（一）對架空輸電線路進行建模

在雷電中，產生的電流最高可達數百，lOkHz-1 MHz是雷電的基本頻率范圍。線路的電氣參數和工頻下的電氣參數在雷擊后，受到雷電波的沖擊，就會造成巨大的沖擊，進而發生變化，導電本身以及雜散電容等變化都會非常的顯著，文章下述試驗通過使用JMarti線路進行架空輸電線線路的模型[3]。在建模之前，必須對實際線路結構的參數的獲取，以調整建模中的頻率，按照實際值對檔距進行設置。

（二）建設輸電桿塔模型

多波阻抗模型是建設輸電桿塔的主要材料，在計算波阻抗時，應將垂直導體分割為多段，分別計算。此次仿真要對閃絡點兩側各三基塔進行建模，建模包含有：一基耐張塔、五基直線塔、桿塔多波阻抗等[4]。

（三）對絕緣子閃絡進行建模

在對絕緣子閃絡判據時，可以優先使用先導法。在雷電的沖擊下，絕緣子承受著巨大的雷擊電流，在雷電流發展時，絕緣子跟著迅速上升，若先導起始電場強度被高壓側電場“追到”，那么就會迅速產生先導，并且發展速度極快，發展速度跟隨絕緣子兩端電壓和先導頭部對低壓側空氣間隙長度進行變化，直到空氣間隙被雷擊擊穿為止。

（四）對接地電阻進行建模

當雷擊產生，雷電流流入接地電阻時，此時，接地體以電阻的形式呈現，當雷電流經過，接地體的沖擊抗阻就會明顯受到波及，并且以較強的非線性特征呈現出來。

四、對仿真結果進行計算和分析

在雷電監測中，當雷電流幅值在200kV之上，其實已經超過繞擊電流的最大值，由于現場環境較為復雜，經過多方考慮，作者通過對當地的環靜進行模擬，在模擬雷電中，繞擊點距離II線的37號桿塔小號側第一個間隔棒往小號大約15厘米的地方。

在上相被雷電繞擊時，在雷擊點處，架空線與上相之間的空氣間隙大約為6 4米。絕緣子的干弧距離是4.8米，由此可知，已經遠遠大約絕緣子的干弧距離，所以，空氣間隙沒有被擊穿。在對雷擊點進行排查時發現，雷擊點距離37號桿只有30米的距離，并且雷擊點左右兩邊的桿塔在結構上，基本一致，在遭受雷擊時，兩側受到電壓波基本上相同，這就會造成36號、37號絕緣子出現閃絡。由于33、34號距離雷擊點較遠，雷電波衰減，受到的波及較少，沒有造成絕緣子閃絡。

導線是過電壓波的必經之路，只有經過導線，才能向兩端發散，過電壓波經過兩端的桿塔、導線就會出現折射的情況，那么在雷擊點，導線就會出現電壓波形整體呈現抖動以及出現相應波峰和波谷等特征。

五、改進措施

首先，降低輸電線路繞擊造成跳閘的最簡單直接的方法就是減小架空地線保護角。部分同塔雙回線路上相導線距離比較近，與此同時升高架空地線支架。

其次，在線路中增加避雷器，能夠減少雷擊的次數，避免雷擊造成的安全事故，并且要對重要通道和路線進行避雷評估，根據評估結果，實行有效的避雷措施，降低由于雷擊造成的雷擊跳閘率。

最后，提升絕緣子配置，增加絕緣子片數，提高絕緣子的絕緣水平，避免造成由于漏電造成不必要的人員傷亡。

六、總結

綜上所述，由上述內容的分析，提出500kV同塔雙回輸電線路導、地線空氣間隙擊穿故障的解決措施，提升我國用電的安全性，避免安全事故的發生，為我國電力企業的發展奠定基礎。

參考文獻：

[1]朱迪鋒，許楊勇.500kV線路工作接地線掛設處導線斷裂原因分析[J].電力安全技術，2018（5）28-31

[2]朱迪鋒，黃建峰，張湘紅，等500kV線路架空地線斷落原因分析及快速修復方法[J]內蒙古電力技術，2018（2）47-49.

[3]樊興新.一種500kV輸電線路架空地線融冰接地故障定位的方法[J].機電信息，2017（36）：35-35

[4]易建行.500kV輸電線路運行中的常見故障及檢修方法研究[J].通訊世界，2019（3）146-147.

作者簡介：李三（1987-），男，漢族，湖北咸寧人，工程師，本科，研究方向電力企業輸電線路方向。