浙江電網(wǎng)220 kV同塔雙回線路雷擊同跳事件分析

姜文東

（浙江省電力公司，杭州 310007）

由浙江省2004—2009年雷電密度分布圖可知，雷電密度為 5～8 個/（km2·a）。 220 kV 線路有364條，占比約為57.6%；500 kV線路有60條，占比約為 54.1%。 雷電密度為 8 個/（km2·a）以上的220 kV線路有274條，占比約為34.6%；500 kV線路有64條，占比約為35.1%。可見相當一部份高壓線路都處于雷電區(qū)，線路防雷是一項長期的工作，特別是有關(guān)防雷擊雙塔雙回路同跳是迫切需要解決的問題。以下對5起220 kV同塔雙回線路雷擊同跳事件進行分析。

1 雷擊同跳事件概況

1.1 問題提出

2010年夏季，浙江省雷雨天氣頻發(fā)，從雷電定位系統(tǒng)所監(jiān)測的雷電流幅值數(shù)據(jù)顯示最高近200 kA。在7—9月雷擊引起全省輸電線路跳閘次數(shù)達到201次，其中500 kV線路17次，220 kV線路60次，110 kV線路124次。在這201次跳閘中，有5起是220 kV同塔雙回線路遭受雷擊同時跳閘，這在歷年中均是較為罕見的。

1.2 跳閘概況

2010年7月12日19:11，220 kV商瞬2Q98線/商岙2Q99線同塔并架線路發(fā)生B與C相間接地故障，三相跳閘，重合閘不動作，兩套差動保護動作。

2010年7月31日14:50，220 kV甌慈4361線/甌湖4362線同塔并架線路同時跳閘，分相電流差動保護動作，開關(guān)跳閘，重合成功，兩線均為C相故障。

2010年8月19日17:22，220 kV象鶴4P28線/象睦4P27線同塔并架線路發(fā)生A與B相間接地故障，開關(guān)動作，三相跳閘，重合閘不動作。當晚17:58試送成功，線路恢復運行。

2010年9月1日20:04，220 kV海里4363線/海洋4364線同塔并架線路兩套主保護動作，開關(guān)跳閘，重合成功。

2010年9月2日0:13，220 kV鐵劍2Q40線/鐵山2Q41線同塔并架線路均發(fā)生A相跳閘，重合閘未投，強送成功。

1.3 巡線結(jié)果

經(jīng)過運行人員的故障巡視，發(fā)現(xiàn)了線路的故障點，相應(yīng)線路上的玻璃絕緣子都有明顯的雷擊痕跡。

以220 kV象鶴4P28線與象睦4P27線為例，103號塔兩側(cè)A與B相玻璃絕緣子明顯遭受雷擊的痕跡可見圖1，2。

圖1 象鶴4P28線103號塔A相絕緣子上的雷擊痕跡

圖2 象睦4P27線103號塔B相絕緣子上的雷擊痕跡

2 雷擊同跳事件原因分析

2.1 220 kV商瞬2Q98線/商岙 2Q99線雷擊同跳分析

根據(jù)線路兩側(cè)故障錄波圖分析，220 kV商務(wù)變側(cè)商瞬2Q98、商岙2Q99線B與C相故障電流值相近，2Q98線B相為9.3 A，C相為9.2 A，2Q99線B相為 10.6 A，C相為 7.9 A；瞬岙變2Q98線B與C相故障電流值相近，B相為41.1 A，C相為45.3 A，符合商瞬2Q98、商岙2Q99雙回線路均發(fā)生BC相接地故障的故障電流特征。故障線路的相位布置如圖3，4所示。

圖3 商瞬2Q98線雷擊相位置

圖4 商岙2Q99線雷擊相位置

雷電定位系統(tǒng)查詢情況：根據(jù)雷電定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并與故障錄波圖做了時間對應(yīng)，可知線路跳閘時雷電流幅值達-165.2 kA，如圖5所示。

圖5 雷電定位系統(tǒng)查詢結(jié)果

由于220 kV線路中70%～80%為單相故障，單相故障后能夠重合，剩余20%～30%為相間或三相故障，跳開后重合對系統(tǒng)沖擊較大，可能會引起系統(tǒng)穩(wěn)定或振蕩問題，故相間或三相故障后重合不動作。

結(jié)合220 kV商瞬2Q98線/商岙2Q99線的34號、35號、37號塔的具體情況，進行耐雷水平驗算分析，商瞬2Q98線/商岙2Q99線34號的實際斷面情況如圖6所示。

圖6 商瞬2Q98線/商岙2Q99線34號的斷面情況

耐雷水平計算公式為：

式中：U50%為線路絕緣的50%雷電沖擊放電電壓；Ri為桿塔接地電阻；β為桿塔分流系數(shù)；ht為桿塔高度；ha為橫擔對地高度；hg為地線對地平均高度；hc為導線對地平均高度；k為導線和地線間的幾何耦合系數(shù)；Lt為桿塔電感。

根據(jù)本次雷擊故障的實際情況，結(jié)合實際地形，分別對34號、35號、37號塔的耐雷水平進行計算，結(jié)果如表1所示。由計算結(jié)果可知，各塔耐雷水平基本滿足過電壓規(guī)程規(guī)定的耐雷水平要求。

當35號塔其中一回的中相發(fā)生雷擊閃絡(luò)時，其余各相的耐雷水平計算結(jié)果見表2。從計算結(jié)果看，當雷電流達到110 kA左右時，可能發(fā)生兩相同跳。而本次雷害的雷電流幅值為165 kA，明顯大于計算值，極易發(fā)生雙回路同跳。

綜上分析，220 kV商瞬2Q98線/商岙2Q99兩線在遭受較強雷擊（雷電流幅值165 kA）時，由于反擊導致兩線的34號、35號塔的B與C兩相相間短路跳閘，線路三相跳閘重合閘不動作，造成非計劃停役。商岙2Q99線的37號塔由于雷擊引起34號塔和35號塔反擊閃絡(luò)，隨即又來一個雷繞擊到37號塔商岙2Q99線C相導線，導致37號塔商岙2Q99線C相絕緣子發(fā)生擊穿閃絡(luò)。

表1 桿塔耐雷水平計算值

表2 35號塔耐雷水平計算值

2.2 其他4起雷擊同跳原因分析

其余4起雷擊同跳線路，從故障濾波、雷電定位系統(tǒng)、保護動作、耐雷水平驗算等方面進行綜合分析，可得出結(jié)論。

220 kV象鶴4P28線/象睦4P27線兩線遭受較強雷擊（雷電流幅值179 kA），由于反擊導致兩線的103號塔的A與B兩相相間短路跳閘，線路三相跳閘重合閘不動作，造成非計劃停役。

220 kV鐵劍2Q40線/鐵山2Q41線；220 kV甌慈4361線/甌湖4362線；220 kV海里4363線/海洋4364線的雷擊跳閘均為兩線同名相跳閘，只有鐵劍2Q40線/鐵山2Q41線由于沒有投入重合閘，其余兩條線路均重合成功。查詢雷電定位系統(tǒng)可知，當日線路故障點走廊內(nèi)的雷電流幅值均較高，如海里4363線/海洋4364線雷電流幅值高達177.4 kA；甌慈4361線/甌湖4362線雷電流幅值高達103.1 kA，由于雷擊反擊造成線路跳閘。

3 防同塔雙回線路雷擊同跳的建議

對于已運行的線路防雷措施，綜合考慮以往歷年雷擊跳閘情況和運行經(jīng)驗，建議先對雷電密度為8個/（km2·a）以上的線路段進行進一步的分析，視分析情況采取有效的防雷措施。對于已運行線路防反擊雷主要有以下措施：

（1）降低桿塔接地電阻是預防反擊的有效措施。對特殊的巖石地段可采用架設(shè)塔身耦合地線、塔身拉線和沿線路走向敷設(shè)伸長接地體等來分流雷電流，降低塔頂部的反擊過電壓，降低反擊跳閘率。

（2）在雷電易擊塔上其中一回線路的三相安裝線路避雷器可以有效降低線路反擊跳閘率。

（3）為降低同塔雙回線路雷擊同跳率，同塔雙回線路可以采用差絕緣配置方案，其中一回線路采用并聯(lián)間隙（招弧角）或線路避雷器進行防雷保護，另一回線路的絕緣水平適當加強或保持不變，但絕緣配置的差值還有待于進一步的研究。

（4）對于路徑經(jīng)過強雷區(qū)的同桿多回線路，建議繼電保護專業(yè)考慮研究保護方式設(shè)置策略。

對于新建線路，防雷擊同跳可采取以下措施：

（1）線路路徑的選擇盡量避開強雷區(qū)。

（2）對于無法避讓強雷區(qū)的線路路徑段，應(yīng)進行精細化設(shè)計，逐檔計算耐雷水平并進行分析，采取有效的綜合措施進行防雷。

（3）對于無法避讓強雷區(qū)的線路路徑段，桿塔接地電阻在滿足規(guī)程要求的情況下，盡量降低桿塔接地電阻。

（4）對于無法避讓強雷區(qū)的線路路徑段，同塔雙（多）回線路，設(shè)計考慮采用有效的差異化防雷措施。如其中一回線路采用并聯(lián)間隙（招弧角）或線路避雷器進行防雷保護，另一回線路的絕緣水平適當加強；或者在其中一回線路的三相安裝線路避雷器。

（5）對特殊的巖石地段建議考慮采用架設(shè)塔身耦合地線、塔身拉線和沿線路走向敷設(shè)伸長接地體等來分流雷電流，降低塔頂部的反擊過電壓，降低反擊跳閘率。

（6）減少避雷線的保護角或采用負保護角。

（7）新建同塔雙回線路，建議在規(guī)劃中考慮兩回線路進入不同變電站，在網(wǎng)架上防止了由于同跳而造成事故范圍擴大的可能。

4 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，在人口稠密、經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，輸電線路走廊日趨緊張，同塔雙回或多回線路日益增多。與常規(guī)單回線路相比，同塔多回輸電線路在防雷性能方面有其特殊性，其雷擊同跳的影響性也要大得多。雖然對雷擊同跳原因作了較為細致分析，也提出了一定的防范建議，但是真正做好防雷擊同跳還有待于做進一步的研究和分析，才能找到既有效又經(jīng)濟的防范措施。

[1]DL/T 741架空輸電線路運行規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.

[2]金祖山，吳健兒.220 kV同塔雙回輸電線路雷擊跳閘原因分析[J].浙江電力，2009，28（1）:53-55.

[3]GB 50545-2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010.