国网河北省电力有限公司电力科学研究院 伊晓宇

针对一起1000kV特高压输电线路雷击跳闸事故，对故障巡视、故障原因排查、雷击故障原因等进行了详细分析，确定了故障原因为在风偏及雷击共同作用下造成绕击雷放电故障。本文并对线路防雷改造措施进行了讨论，可为输电线路防雷改造和降低雷击跳闸率提供有益参考。

1 故障基本情况

1.1 故障简述

2020年XX月15日16时29分，1000kV某线B相故障，重合成功。故障前该1000kV线路为正常运行方式，线路故障前负荷为517.26MW，故障电流为7.77kA。

故障测距信息：1000kV线路A变电站行波测距距离该站44.9km，对应杆塔N0086-N0087，位于XX市XX镇西马连村；B变电站行波测距距离该站125.6km，对应N0089-N0090，位于XX市XX镇东马连村。

分布式故障系统：分布式故障装置判断该次跳闸为雷击跳闸故障，距离A站48.614km，对应杆塔N0093-N0094，位于XX市XX镇西赵村。故障点N0094塔距离A站48.747km，距离B站123.304km。故障现场放电情况如图1所示。

图1 故障现场情况

1.2 故障线路及区段基本情况

1000kV某线起于1000kV A变电站，止于1000kV B变电站。省内责任运维区段为N10号塔小号侧第7个间隔棒处（含）至N184号塔大号侧第8个间隔棒处（含），运维长度90.394km，铁塔175基，其中双回塔38基（耐张塔8基，直线塔30基），单回塔137基（耐张塔22基，直线塔115基）。途径4个行政县（市）、13个乡镇。

此次故障点N0094塔型为ZB29103，呼称高60m，位于XX市XX镇西赵村，地处平原，海拔高度7m。故障区段接地电阻值为15Ω，导线对地高度为49.5m，导线型号为JL1/G1A-630/45，地线型号左侧为JLB20A-170，右侧为JLB20A-170，边相导线保护角：≤6°。N0094塔型为ZB29103，高程7m，相邻大号侧N0095为直线塔，档距527m，高程7m，小号侧N0093为直线塔，档距512m，高程7m。

1.3 故障时段天气基本情况

故障时现场天气为中雨，伴有雷电，西风七级，局部十级。

2 故障巡视情况

故障发生后，运维单位立即启动应急预案，第一时间赶往现场，开展带电登塔及无人机精确巡检相结合故障点查找。现场人员先对测距段N0083-N0096进行地面巡视，现场无外破、树木、异物等痕迹。18时20分，对N0085-N0090完成无人机精准巡查，未发现异常情况。

16日，运维单位8名输电专业人员分成两个排查小组，对故障段继续开展现场排查工作，现场分别对N0092-N0096、N0092-N0086区段开展精确查找。于07时10分，发现N0094塔小号侧线夹出口1m处3#子导线有明显放电痕迹，随后安排人员开展带电登塔检查。发现对应上曲臂侧塔材有明显放电痕迹，初步判断该处为故障点。专业人员对N0083-N0096进行登塔检查及无人机巡视，未发现异常。

16日，11时属地省公司及电科院相关人员到达现场，通过对现场放电点痕迹照片、现场环境、放电通道等情况综合分析，并结合故障时现场天气情况、雷电定位系统以及测距信息，最终确认N0094塔为故障点。故障点不影响线路运行。

3 故障原因分析

3.1 故障原因排查

（1）闪络点痕迹：N0094绝缘子表面和杆塔无鸟粪污染痕迹，周边未发现易漂浮物，无发生鸟粪闪络、异物短路闪络因素；（2）气象特征：故障当日现场天气为雷雨天气，未发生雾霾天气，不具备污闪环境及气象特征；（3）风偏放电：经设计核算，在大风工况下（设计风速29m/s时）摇摆角为45.66°，根据当地气象局信息，当时风速为16.6m/s，导线风偏摇摆角为26.95°，对塔身最小间隙值为6.279m，大于设计规范最小间隙值2.7m的要求，排除风偏放电；（4）杆塔情况：杆塔无固定施工点，不具备外破发生条件。综合考虑故障的地理特征、天气特征、闪络点痕迹等，排除线路发生鸟闪、污闪、风偏、外破故障的可能性。

3.2 雷电定位系统数据分析

故障时刻故障区段线路周边范围3km内仅有1次雷电活动记录，分布在N0094塔区段附近。根据雷电系统信息分析，故障时段，N0094附近，查询到一负极性的落雷，雷电流为-21.4kA，判断为雷击造成跳闸。

3.3 雷击原因分析

（1）气象信息复核

风偏复核结果：经相关设计院复核计算，按照设计风速对N0094塔校核，在大风工况下（设计风速29m/s时）摇摆角为45.66°，设计规范最小间隙值要求为2.7m，大风工况下不会对塔身放电。根据当地气象局信息，当时风速为16.6m/s，导线风偏角摇摆角为26.95°，对塔身最小间隙值为6.279m，确定当时大风工况下不会对塔身放电。

（2）耐雷水平仿真分析

利用ATP-EMTP仿真平台，对故障杆塔进行建模，进行耐雷水平仿真。考虑风偏后导线对塔身的空气间隙（导线与塔身空气距离6.279m），得到不同相角下线路故障杆塔B相平均耐雷水平约为18.4kA。当雷电流为-21.4kA时，通过雷击闪络波形如图2所示，可以看出此时B相导线与塔身之间的空气间隙发生闪络，此时耐雷水平比1000kV杆塔绕击耐雷水平典型值（30kA左右）降低约11.6kA。

图2 -21.4kA雷电击中B相导线时各相绝缘子串电压波形

（3）最大绕击电流计算

故障杆塔位于平原，导、地线中距分别为16.72m和20.3m，代入计算公式得雷电对避雷线的击距rsk为80.06，根据IEEE推荐参数可得最大绕击电流Isk为24.54kA，大于造成此次故障的雷电流幅值，即绕击耐雷水平（18.4kA）<雷电流幅值（21.4kA）<最大绕击雷电流（24.54kA），满足绕击并闪络条件，故可以发生绕击故障。同时通过仿真模型对故障杆塔反击耐雷水平进行计算，结果表明平均反击耐雷水平约为325kA，大于此次雷击故障时的雷电流幅值，故排除反击可能。

综上所述，最终判定此次故障原因为风偏造成B相导线与塔身距离明显减小，同时雷电绕击B相导线，造成B相导线与塔身放电，即在风偏及雷击共同作用下，绕击雷放电故障。

4 防雷措施改进

输电线路的雷击跳闸受多种因素的影响，需要结合当地的实际情况在综合考虑架空输电线路结构特点以及周围所具有环境特点的基础上，合理选择恰当的防雷措施，从而达到预期的防雷效果。架空输电线路进行防雷工作的主要工作内容有以下三大部分：第一部分是防雷击过电压；第二部分是提高线路绝缘水平；第三部分是提供良好泄放通道。

综合以上分析，建议可从如下方面进行改进：一是结合线路停电检修，对塔材进行防腐处理，提高线路的整体绝缘水平；二是可将故障区段列为雷电活动多发区，每年雷雨季节来临前，开展接地电阻、地线等防雷设施检测，对不符合要求的及时治理；三是对线路进行防雷评估，制定差异化防雷治理专项方案，采取加装避雷器、降低杆塔接地电阻等方式，提升线路耐雷水平。