摘要：雷击造成的事故中，输电线路和变电站占的比重是非常大的，会威胁到人们的生命和财产安全，同时输电线路和变电站是电力系统中不可或缺的组成部分，是做好防雷措施的关键位置。因此，本文以220kV变电站雷击跳闸事故为对象展开分析和研究。
关键词：220kV；变电站；雷击；跳闸
现如今，电能已经是人们离不开的能源，一旦造成停电，就会造成极大的不便。变电站是电力系统的核心组成部分，一旦遭到破坏，就会使得设备受到严重的损坏，影响电力系统的运作，造成停电，影响人们的正常学习、工作和生活，所以采取更好的防雷措施成为了社会关注的问题。
一、因雷击导致电力系统跳闸的因素
输电线路的绝缘能力比较差，所以一旦遭受到雷击，会不可避免的出现跳闸的情况，要跳闸必须要满足以下两个条件：第一，出现了单相接地短路的情况，也就是指因为脉络形成了稳定的工频电弧，从而导致了跳闸现象；第二，输电线路的绝缘能力比雷击的闪电过电压要低，从而引起跳闸，但是这种情况只会存在几十微秒的时间，电力系统没有时间完成跳闸，因此，主要分析第一个条件，影响第一个跳闸情况的因素主要有以下几点：（1）线路杆塔的接地电阻值比较高。在一般情况下，如果雷击档距中避雷线的时候，空气的间隙之间并不会出现闪络的现象，当雷电的电流向杆塔的两边传播的时候，会产生比较强烈的电晕，到达杆塔的时候，幅值就已经下降了许多，这时候，如果电阻值没有那么高，就不会出现闪络的情况。但是如果雷击导致反击过电压，并且接地电阻值比较高，就会容易发生闪络的现象，出现相间短路，从而使得电力系统跳闸。（2）消弧线圈设置不准确。如果没有将消弧线圈设置准确，输电线路就会出现短路的情况，那么消弧线圈就不能够给予足够的补偿，从而导致跳闸。
二、雷雨天跳闸事故分析
2017年8月4日18：35分，220kV分析变雷击A线第一、二套保护动作，A相跳闸，重合成功，保护测距2.813km。
（一）运行信息
1、线路基本情况
220kV雷击A线从220kV分析变起至220kV某某变止。该段线路全长10.881km，全线双回路架设；杆塔总基数：47基，线路投运于2002年7月4日。全线雷害等级为C2级，设计全线架设双根地线作为防雷保护，采用直接接地，杆塔防雷保护角度均小于15°。在档距中央，导线与地线间的距离，满足规程S≥0.012L+1的要求。接地采用深埋式接地装置并经杆塔逐基接地，接地型式采用环状加垂直接地体。
2、线路路径区域情况
220kV雷击A线从220kV分析变起至220kV某某变止。所经地区100%为平原，根据2012版电力公司地闪密度图该地区处于C2级。通道情况良好，满足运行要求。地处北亚热带南缘，属东亚季风区，冬夏季风交替，四季分明，具有春湿、夏热、秋燥、冬冷的特点，年平均气温15.9℃，年平均降水量1168mm以上。
3、故障时段天气
据当地气象站在故障时段观测的气象数据，8月4日18时35分左右故障区段天气情况为：强雷暴天气，局地有短时强降水，强雷电等，最高气温在35℃。
（二）雷电定位系统查询情况
线路跳闸时刻，故障区域为强雷电天气。查询雷电定位系统，18：35在雷击A线通道内一共有6个落雷，雷电流最大幅值26.3kA，最小5.3kA，其中18：35：33.322距离18#杆塔358m幅值为26.3kA的负极性落雷和18：35：33.404距离17#杆塔51m副值为21.2kA负极性落雷可能与此次跳闸相关。
（三）故障巡视及处理
18时46分接调度预通知后，立即组织巡视人员开展事故带电巡视。根据保护测距距分析变2.813km分析，故障点在#17-#18塔附近（#17塔距分析变2.802km）。根据运行资料故障相A相为垂直排列上相，结合故障时段的雷雨天气，判断线路遭雷击的可能性较大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆查询省公司雷电定位系统，18：35在雷击A线通道内一共有6个落雷，其中18：35：33.322距离18#杆塔358m幅值为26.3kA的负极性落雷和18：35：33.404距离17#杆塔51m副值为21.2kA负极性落雷可能与此次跳闸相关。因此巡视重点选取#15-#22段，当晚在#18塔发现疑似闪络痕迹，但因大雨及天黑原因未能确认。
次日一早再次安排地面及登塔查找故障点。经登塔检查发现#17塔A相小号侧水平串玻璃绝缘子钢帽及联板上有闪烙放电痕迹，判断不影响线路安全运行。现场测得#17塔接地电阻值为1.4Ω，接地处无明显电流流经的痕迹。其余杆塔登杆检查均未发现雷击故障痕迹。
#17塔为SGJ2A/27双回路直线钢管杆塔，位于平原，前后档距分别为137m、252m，绝缘子采用双串100kN级玻璃绝缘子组串，型号为TU100/146。
（四）故障原因分析
1、故障原因排查
故障时为雷雨天气，且A相处于垂直排列上相，一般不可能发生除雷击故障外的重合成功故障，初步判断雷击跳闸的可能性较大。经巡查确定故障位置在#17塔，故障点与测距基本一致。
2、雷电定位系统数据分析
根据省公司雷电定位系统，结合#17塔小号侧耐张绝缘子钢帽及联板上放电痕迹，分析18：35：33.322距离18#杆塔358m幅值为26.3kA的负极性落雷和18：35：33.404距离17#杆塔51m幅值为21.2kA负极性落雷有可能引起故障。
3、雷击原因分析
本次跳闸杆塔平均接地电阻为1.4Ω，小于设计电阻5Ω，符合设计要求，计算#17杆塔耐雷水平约为86kA。根据电气几何模型计算该塔绕击耐雷水平为16~22kA，据此分析18：35分在雷击A线#17塔51m处幅值为-21.2kA的负极性落雷可能与本次跳闸相关。
4、已采取防雷击措施效果分析
故障线路采取双避雷线保护措施，满足防雷要求。根据往年接地电阻测量记录，该线路接地装置符合运行要求。
5、故障原因分析结论
综上所述，判定本次跳闸为#17塔A相因雷电流绕击引起单相接地。
（五）故障暴露的问题及应对方式
220kV雷击A线全线处于C2雷区，地处平原地带，杆塔较高（#17塔全高44.1m），后期设计时应适当加强高塔防雷设计，配置避雷器等措施，提高线路防雷水平。加强防绕击措施的落实，结合停电，对线路雷击风险较高区段加装线路避雷器。具体如下：（1）安装避雷器。通过安装避雷器起到对雷电流的分流效果使绝缘子发生闪络的概率大大降低。（2）减小接地电阻。目前有5种方法降低接地电阻，主要包括：水平外延接地体、深埋接地体、用自然接地体、局部换土、降阻剂。（3）其他提高耐雷水平措施。如：通过多普勒天气雷达、雷电检测系统、过电压检测系统等实时监测防护系统进行管控；雷击引起大部分单相故障可以通过单相重合闸来避免，因此为了保证重合成功，可以采用串补技术与增加并联电抗器的方法来一直潜供电流达到目的；改造避雷线提升防雷特性，同时在避雷线直接接地点再单独制造一个接地点，将与其连接的绝缘子放电间隙根据运行情况严格设计并固定，提高稳定性等。
变电站及输电线路是电能传输的核心部位，一旦受到雷击损坏，很可能带来停电事故，影响用电质量，造成经济损失，因此必须采取可靠的防范措施进行应对。若方案合理运用，不但可以大大降低雷雨太难引起的安全事故，确保变电站平稳运行，还能进一步提高电力企业的经济效益，为电网发展打下一个牢固的基础。
参考文献：
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[2]李景丽，栗超超，冯鹏.基于ATP-EMTP的某变电站雷击事故仿真研究[J].郑州大学学报（工学版），2019，40（02）
[3]杨春泉.变电站安全运行中的防雷电系统研究[J].中国战略新兴产业，2017（48）
论文作者:张伟明
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30