雷击引起500kV输电线路导地线空气击穿原因分析

摘要：随着我国经济的发展，人们的生活水平得到提高，“电”已经成为人们的生活“必需品”，人们的生产生活已经离不开电力，我国电力发展时间较晚，并且输电线路处于自然环境中，受天气影响较大，我国幅员辽阔，国土面积达960万平方千米，横跨东西纬度较大。因此，自然环境变化较大，一些输电线路长期处于恶劣天气中，例如：暴雨、雪、狂风、雷电等。其中雷电是造成输电线路跳闸的最主要原因，雷击会导致绝缘子因串闪络而造成跳闸，文章下述内容主要针对一个500kV同塔双回输电线路由于雷击造成跳闸进行分析，通過绕击和反击电磁暂态模型，通过实验，记录绕击和反击状态下的电压波的反应，以此找出由于雷击造成输电线短路的主要原因，并提出科学的解决方案，为我国的电力安全运行打下坚实的基础，促进我国经济的发展。

关键词：同塔双回;输电线路;累计跳闸;解决措施;雷击反应;绕击;反击;方案;空气间隙击穿

从近年来对输电线路运行情况的调查可知，国内外架空输电线路跳闸的主要原因是雷击，由于雷击，多地线路短暂瘫痪，造成不必要的经济损失，增加了人力、物力的输出，雷击已经造成我国电力的安全运行.威胁着我国电网安全运行。

在架空输电线路出现跳闸时，相关工作人员要首先确定故障保修的信息，并且与当地的实际天气情况相结合，对其进行初步判断故障类型和故障点，并且，工作人员到达现场后，应巡视周围，找出存在的不安全因素，并且通过观察，再次确定故障类型，并且对故障进行分析[1]。一般由于雷击造成架空输电线跳闸是因为雷击会导致绝缘子串闪络，或者耐张串跳线闪络，我国一些专家学者致力于研究典型架空输电线路雷击跳闸的研究。

而对于雷击引起的档中导、地线空气间隙击穿的故障比较少见，相关专家学者对这方面的研究也甚微，从目前而言，没有相关文献记载，文章下述内容就雷击引起500kV同塔双回输电线路档中导、地线空气间隙击穿故障进行研究[2]。通过仿真自然环境下的雷击，记录绕击和反击的电压波情况，以确认雷击造成跳闸的主要原因，并且提出科学的解决和防范措施。

一、简述线路故障情况

（一）筒述故障发生的时间、地形

我国2016年8月22日凌晨2点32分，记载某地区500kV同塔双回线路II线上相发生跳闸现象，重合闸成功。在故障发生区域，平均海拔在84到85米，其主要地形以农田为主，4xLGJ-400/50是此线路导线型号。OPGW2-141/24是左OPGW型号，而右地线型号为GJ-80。

（二）雷电定位系统查询情况

经过对当地故障附近进行雷电定位系统查询，在故障发生的前后5分钟的时间里，以故障点为中心，方圆5千米内，一共出现雷击的次数高达33次，并且雷击活动主要集中在26到50号。

二、简述对于雷击的巡视情况

在无人机进行故障巡查时，发现在37号左上相小号侧的第一个间隔棒往小号大约15米的2号和3号子导线以及其垂直上方架空地线都出现明显的闪络痕迹，图1是架空地线的闪络痕迹。

图2，则是无人机在巡视故障时发现的2、3号子导线出现闪络的图片。

根据故障发生的地形来看，属于平原地区，故障发生时，风力较小，并且经过详细排查可知，故障周围未发现异物，并且在重合闸时成功，这也就直接排除由于外力、异物、狂风等多个情况导致线路跳闸的原因。通过对雷击定位系统排查时发现，在凌晨2点32分11 87秒是出现一个电流为负299.4kA的雷电记录，并且这个雷电就发生在37号附近，并且基本与故障发生点的时间、位置、测距信息吻合。相关人员在对现场出现闪络痕迹的位置进行检测，并且结合当地的实际情况和雷击定位，基本确定此处就是雷击造成的故障点。在现场检测可知，故障点37号杆塔接地形式是GD-2，并且检测37号杆塔的电阻为：2.7欧姆，架空地线保护角为-25度。

三、故障原因的具体分析

我国还未有文献详细记载由于导、地线空气间隙直接击穿在运行中较为罕见，为了加强对其研究，由雷击造成的架空输电线跳闸，文章通过仿真模拟，主要是利用ATP-EMPTP对同塔双回线进行仿真模拟建模，模仿当时发生时的自然环境和雷击。在对线路进行模拟时，其取值必须模拟真实数据，例如：导线的分裂数、几何参数、电阻率等，并且将各个杆塔的数据和接地电阻进行确认，以确保试验的准确性。

（一）对架空输电线路进行建模

在雷电中，产生的电流最高可达数百，lOkHz-1 MHz是雷电的基本频率范围。线路的电气参数和工频下的电气参数在雷击后，受到雷电波的冲击，就会造成巨大的冲击，进而发生变化，导电本身以及杂散电容等变化都会非常的显著，文章下述试验通过使用JMarti线路进行架空输电线线路的模型[3]。在建模之前，必须对实际线路结构的参数的获取，以调整建模中的频率，按照实际值对档距进行设置。

（二）建设输电杆塔模型

多波阻抗模型是建设输电杆塔的主要材料，在计算波阻抗时，应将垂直导体分割为多段，分别计算。此次仿真要对闪络点两侧各三基塔进行建模，建模包含有：一基耐张塔、五基直线塔、杆塔多波阻抗等[4]。

（三）对绝缘子闪络进行建模

在对绝缘子闪络判据时，可以优先使用先导法。在雷电的冲击下，绝缘子承受着巨大的雷击电流，在雷电流发展时，绝缘子跟着迅速上升，若先导起始电场强度被高压侧电场“追到”，那么就会迅速产生先导，并且发展速度极快，发展速度跟随绝缘子两端电压和先导头部对低压侧空气间隙长度进行变化，直到空气间隙被雷击击穿为止。

（四）对接地电阻进行建模

当雷击产生，雷电流流入接地电阻时，此时，接地体以电阻的形式呈现，当雷电流经过，接地体的冲击抗阻就会明显受到波及，并且以较强的非线性特征呈现出来。

四、对仿真结果进行计算和分析

在雷电监测中，当雷电流幅值在200kV之上，其实已经超过绕击电流的最大值，由于现场环境较为复杂，经过多方考虑，作者通过对当地的环静进行模拟，在模拟雷电中，绕击点距离II线的37号杆塔小号侧第一个间隔棒往小号大约15厘米的地方。

在上相被雷电绕击时，在雷击点处，架空线与上相之间的空气间隙大约为6 4米。绝缘子的干弧距离是4.8米，由此可知，已经远远大约绝缘子的干弧距离，所以，空气间隙没有被击穿。在对雷击点进行排查时发现，雷击点距离37号杆只有30米的距离，并且雷击点左右两边的杆塔在结构上，基本一致，在遭受雷击时，两侧受到电压波基本上相同，这就会造成36号、37号绝缘子出现闪络。由于33、34号距离雷击点较远，雷电波衰减，受到的波及较少，没有造成绝缘子闪络。

导线是过电压波的必经之路，只有经过导线，才能向两端发散，过电压波经过两端的杆塔、导线就会出现折射的情况，那么在雷击点，导线就会出现电压波形整体呈现抖动以及出现相应波峰和波谷等特征。

五、改进措施

首先，降低输电线路绕击造成跳闸的最简单直接的方法就是减小架空地线保护角。部分同塔双回线路上相导线距离比较近，与此同时升高架空地线支架。

其次，在线路中增加避雷器，能够减少雷击的次数，避免雷击造成的安全事故，并且要对重要通道和路线进行避雷评估，根据评估结果，实行有效的避雷措施，降低由于雷击造成的雷击跳闸率。

最后，提升绝缘子配置，增加绝缘子片数，提高绝缘子的绝缘水平，避免造成由于漏电造成不必要的人员伤亡。

六、总结

综上所述，由上述内容的分析，提出500kV同塔双回输电线路导、地线空气间隙击穿故障的解决措施，提升我国用电的安全性，避免安全事故的发生，为我国电力企业的发展奠定基础。

参考文献：

[1]朱迪锋，许杨勇.500kV线路工作接地线挂设处导线断裂原因分析[J].电力安全技术，2018（5）28-31

[2]朱迪锋，黄建峰，张湘红，等500kV线路架空地线断落原因分析及快速修复方法[J]内蒙古电力技术，2018（2）47-49.

[3]樊兴新.一种500kV输电线路架空地线融冰接地故障定位的方法[J].机电信息，2017（36）：35-35

[4]易建行.500kV输电线路运行中的常见故障及检修方法研究[J].通讯世界，2019（3）146-147.

作者簡介：李三（1987-），男，汉族，湖北咸宁人，工程师，本科，研究方向电力企业输电线路方向。