750 kV同塔双回线路沿长间隙雷击放电故障分析

马 军

(国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730050)

750 kV同塔双回线路沿长间隙雷击放电故障分析

马 军

(国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730050)

针对国内首条750 kV同塔双回线路发生的沿长间隙雷击放电故障，对故障点进行查找;结合故障塔的地形和基本参数，对故障原因进行了排查及分析;提出了线路防雷措施，可为其他线路的长间隙雷击放电故障提供参考。

同塔双回线路；雷电绕击；长间隙放电;防雷

0 引言

某一、二线是国内首条同塔双回架设的750 kV超高压输电线路，于2009-05-25正式投产运行，是西北750 kV电网联接陕、甘、青、宁4省(区)，实现西北水、火、风电打捆外送的战略通道。线路10 mm，15 mm冰区同塔双回架设，20 mm，30 mm 重冰区单回路架设。该 750 kV 线路二线全长268.105 km，共有铁塔505基，其中单回路段长36.185 km，铁塔99基(耐张塔36基，直线塔63基)。该线路海拔高，覆冰重，地形、地质情况较为复杂。海拔高程为 1 212—2 737 m，沿线高山占26.6 %，一般山地占48.4 %，丘陵21.9 %，平地占 3.1 %。设计风速 30 m/s，在六盘山主脉风速为 33 m/s。

1 故障跳闸情况

2010-07-16T15:51:58，该 750 kV 线路二线C相发生瞬时接地故障，两侧线路保护和断路器辅助保护正确动作。兰东变7540，7541断路器C相跳闸，7540，7541PSL—632C断路器辅助保护动作，7541断路器于故障发生后705 ms重合成功，7540断路器于故障发生后1 327 ms重合成功；平凉变7540，7541断路器C相跳闸，7540，7541RCS-921A断路器辅助保护动作，7541断路器于故障发生后702 ms重合成功，7540断路器于故障发生后1 277 ms重合成功。

线路两端故障录波显示故障点距兰东变 89.57 km， 距 平 凉 变 157 km， 与 线 路 长 度268.105 km不吻合21.5 km。初步判定故障铁塔范围为146—192号，跨度25.4 km，处于会宁县桃花山至太平镇地段。

2 故障查线情况

7月16日20:00，线路运维人员赶到会宁县。故障发生时为雷阵雨天气，雷电活动频繁，降雨量较大，温度15—26 ℃，东南风，风力4—5级。由于故障区段线路铁塔型式为鼓型双回路塔，故障相别为中(C)相，单侧中相横担较上相(B相)、下相(A相)横担长，结合当时天气情况分析，发生雷电绕击中(C)相导线的可能性较大。

7月17日，地面巡查145—194号，巡视长度27.673 km，共检查铁塔50基，未发现故障点及异常情况。7月18—20日，巡视人员穿着合格的全套屏蔽服带电登塔查找故障点，巡视区段为139—184号，查线26.325 km，检查铁塔46基，发现147，156，168，169号地线放电间隙烧伤。

3 故障塔情况

3.1 地形情况

故障区段线路地形为山地，山势较陡。169号铁塔位于山脊顶部，海拔高度2 009.2 m，小号侧档距758 m，为陡坡断沟，沟底与塔位高差在200 m以上；大号侧档距295 m，为缓坡山洼。163—174号区段(6.72 km)中169号铁塔海拔最高。

3.2 基本参数

图1 ZGU225型塔头单线

169号铁塔为该线路一、二线同塔双回架设，塔型ZGU225(33)，鼓型塔，塔高68.2 m，单侧上横担长13 m、中横担长15.8 m、下横担长13.8 m、地线横担长16.3 m；单侧中相(C相)横担较上相(B相)、下相(A相)横担分别长2.8 m和2.0 m。上横担至中横担垂直高度为16.8 m，中横担至下横担垂直高度为15.2 m，地线挂点至中相挂点垂直高度为25.88 m，保护角为0。塔头单线如图1所示。

经计算，中相(C相)右下子导线小号侧防振锤锤头至下横担(A相)小号侧端头，顺线路水平距离1.0 m，横线路水平距离1.8 m，垂直距离6.26 m。

设计气象条件为西北地区气象分区Ⅲ，绝缘子串型为2×41片，爬电比距2.71 cm/kV，绝缘子型号为XSP—210，结构高度170 mm，爬距545 mm，绝缘子串长6 970 mm，金具串总长8 743 mm。防振锤为FFR—4型，安装距离1.45 m；下相横担端部宽1.7 m。

4 故障原因排查

(1) 故障区段设计为Ⅱ级污区，污秽等级较低。因6月份结合线路停电对绝缘子刚进行了清扫，故障区段绝缘子比较干净，登塔检查也证实了这一点。从故障现场情况看，没有发现沿绝缘子表面放电的痕迹，因此可以排除绝缘污闪的可能。

(2) 故障区段线路下方无塑料大棚和树木，故障巡视未发现导地线上悬挂或地面有脱落的薄膜、绳线等异物，因此可以排除异物短路放电的可能。

(3) 169号铁塔地质为湿陷性黄土，故障巡视中对169号铁塔接地电阻进行测量(实测值如表1所示)，均符合设计要求(169号铁塔接地型式TJ10，设计允许工频电阻值为20 Ω)。这说明接地网性能良好，能够及时将雷电流泄入大地，因此可以排除反击的可能。

表1 故障塔接地电阻实测值

(4) 通过对169号铁塔塔头各部尺寸计算，得出中相(C相)右下子导线小号侧防振锤锤头与下相(A相)横担小号侧端头的净空距离为6.6 m，较绝缘子串(长6.97 m)短0.37 m，中相右下子导线防振锤与下横担端头形成放电通道，如图2所示。中横担长出上、下横担，且由于地线挂点至中相挂点垂直高度为25.88 m，档距中央的垂直高度相差更大，雷电易绕击中相。因此，可断定雷电绕击中相(C相)导线，在169号右下子导线小号侧防振锤与下横担(A相)小号侧端头形成雷电放电通道，击穿了空气间隙引起C相跳闸。雷电瞬间消失后空气间隙绝缘恢复，重合闸动作使线路又恢复运行。

169号铁塔距平凉变169.97 km(距兰州东101.38 km)，与平凉侧行波测距基本吻合。

5 故障分析结论

2010-07-27，西北电网公司在兰州组织召开该750 kV线路二线C相瞬时接地故障分析会，会议对此次故障原因进行了分析，结论如下。

(1) 查询国网雷电定位系统数据，在故障发生的瞬间故障区段确有雷电活动。

(2) 雷电监测网提供该瞬间故障区段的雷电流幅值均小于35 kA，并依据国内外高塔运行经验，鼓型塔中相雷击跳闸多为绕击造成。

(3) 相关研究表明，架空地线对地距离超过45—50 m后，对导线的屏蔽效果会减弱。169号铁塔全高68.2 m，且位于山脊顶部，档距中央导、地线对地距离更大，小号侧地线对地距离超过200 m，架空地线的屏蔽效果大大降低；导、地线在风力作用下摆动，一定程度上影响了防雷保护角，致使中相更容易遭受雷击。

(4) 169号铁塔接地装置连接良好，接地电阻极小，耐雷水平超过150 kA。169号直线塔地线放电间隙烧伤，说明避雷线起到泄放雷电能量的作用，却未能防止另一次雷电绕击，未能有效保护C相。

由此，此次故障是雷电绕击中相(C相)，致使169号铁塔中相右下子导线小号侧防振锤与下横担(A相)小号侧端头空气间隙击穿，形成雷电放电通道，引起C相跳闸。

图2 中相右下子导线防振锤与下横担端头形成放电通道

6 防雷措施

该750 kV线路二线连续2年(2009，2010年)出现雷击跳闸，故障定性为绕击；雷击故障点相邻在20 km内，故障区域可能是局部地势下的小气候。建议采取如下几个防雷措施。

(1) 针对该750 kV线路防绕击时，不建议加装线路避雷器。其理由是：尚无法确定在哪些塔位加装才能起到良好的防雷效果，装线路避雷器费用高、增加运维成本。但可在故障区域试装较经济且免运维的防绕击避雷针，为750 kV线路防雷增效积累运行经验。

(2) 鉴于还未完全掌握该线路运行规律，目前应继续加强对雷电的监测，并总结、积累运行经验，待条件成熟时，对该线路进行有针对性的防雷差异性评估，最后根据雷电活动的规律制定相应的防雷措施。

7 结束语

超、特高压输电线路塔头空气间隙、绝缘子串长度都较大，运行中要充分考虑击穿间隙的离散性、随机性及不确定性，以便准确分析雷击故障原因，科学总结雷击规律，制定有效措施，不断提高线路防雷技术水平。

1 中国电力科学研究院.GB/T 50064—2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

2 解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1994.

3 韩志坚，黄建元，王 刚.苏州市区10 kV架空绝缘导线雷击断线分析及对策[J].电力安全技术，2011，13(2)：5-7.

2017-06-12。

马 军(1977—)，男，高级工程师，主要从事超、特高压输电线路运检技术工作，email：majunwuwei@126.com。