摘要：本文结合一起110kV三回路同塔架设线路同时雷击跳闸情况，通过计算分析了同塔多回线路同时雷击跳闸的原因，提出了防止同塔多回输电线路雷击同跳的措施。
关键词：输电线路；同塔多回；雷击；跳闸
0 引言
鉴于线路走廊的选择越来越困难和日趋增长的拆迁费用，为尽可能的压缩输电线路走廊和增加输送容量，越来越多采用同塔多回（双回、四回或六回）输电线路。由于同塔多回线路杆塔高，更易遭受雷击，雷击有可能造成双回线甚至多回线同时跳闸，对电力系统稳定运行造成较大的冲击，应引起足够的重视。
本文结合一起110kV三回路同塔架设线路同时雷击跳闸的情况，结合有关计算结果分析了该同塔多回线路同时雷击跳闸的原因，提出了防止110kV同塔多回输电线路同时雷击跳闸的综合防雷措施。
1 线路概况
2014年8月20日03时32分，110kV三回路线路（用甲、乙、丙表示）故障跳闸，重合成功，保护信息如下：
表1-1 故障测距
110kV甲线、110kV乙线均投运于2006年7月，架空线路全长同为7.056km，铁塔36基，该线路导线型号为LGJX-400/35、LGJ-300/40单导线，地线采用OPGW、LGJX-70/40、JLB20A-50、ADSS。
110kV丙线投运于2006年7月，架空线路全长5.643km，铁塔28基。全线为新建线路，该线路导线型号为LGJX-400/25单导线，地线采用OPGW、LGJX-70/40。
2 检查结果
经登塔检查，发现110kV甲线#14塔、乙线#14塔、丙线#13塔B相耐张绝缘子串均有明显放电痕迹，如下图所示：
图2-1 110kV甲线#14塔放电痕迹 图2-2 110kV乙线#14塔放电痕迹
图2-3 110kV丙线#13塔放电痕迹
3 故障原因分析
3.1初步原因判断
根据故障跳闸的测距情况，结合故障录波及雷电定位系统数据，该区域连续雷雨天气，符合雷击故障的特征，初步判定为雷击引起的跳闸。
与直击杆塔的反击雷相比，绕击雷的幅值由于避雷线的屏蔽作用要小很多，在造成一相导线发生闪络之后，经过塔身分流剩余的能量难以击穿第二相导线，故一般认为绕击雷只会导致单相跳闸，而由多相闪络引起的同跳事故则基本是由雷电反击导致。反击雷与绕击雷不同，其幅值可以高达200kA以上，能量远大于绕击雷。因此，当雷电反击杆塔或击中杆塔附近的避雷线时，巨大雷电流足够引起多回线路的多相导线发生相继闪络，从而引起多回线路同跳事故。
图4-1 雷电流走向示意图 图4-2 杆塔线路模型
Ia为雷电流，I1为分流到杆塔的电流，RG为接地电阻，ZT、ZL分别为杆塔的主支柱等效波阻抗和支撑架波阻抗，它们均为主体波阻抗，ZA为横担波阻抗。
3.2线路耐雷水平计算
经现场实测，该塔接地电阻实测为3.5Ω，满足《架空输电线路运行规程》要求。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规程规定，线路耐压水平I1的计算公式如下：
式中：k为导线和避雷线间的耦合系数；β为杆塔分流系数；Ri为杆塔冲击接地电阻；ha为导线所在横杆对地高度；ht为杆塔高度；Lt为杆塔电感；hg为避雷线对地平均高度；hc为导线平均高度；k0为导线和避雷线间的几何耦合系数。
根据以上公式，分别计算跳闸杆塔9相线路的反击耐雷水平，计算结果如下：
表3-1 110kV甲、乙线/110kV丙线耐雷水平计算结果
从计算结果可知，跳闸杆塔处9相线路的耐雷水平均满足规程“有避雷线110kV线路的耐雷水平应为40~75”的要求。
3.3 跳闸过程分析
查询雷电定位系统得知，故障杆塔附近最大雷电流为-196kA，远远大于各相线路的反击耐雷水平。当此雷电雷击线路杆塔后，雷电流瞬间通过杆塔入地，此时雷电流就会通过杆塔并在塔顶产生电位Utop，塔顶电压Utop沿避雷线传播会在导线上感应出耦合电压分量Uoh。同时雷电云中迅速变化的电磁场会在导线上产生感应过电压Ui，再加上导线上的工作电压U，这四种电压的综合作用，使得线路绝缘子两端的电压超过其绝缘强度造成闪络，形成稳定的工频电弧，从而引起断路器跳闸。
由于110kV甲线B相、乙线B相的反击耐雷水平相当，且处于杆塔最顶端，其反击耐雷水平最低，同时由于高度最高这两相的Utop、Uoh和Ui也最高，那么-196kA这一能量较大的雷电流极有可能引起同一横担高度的110kV甲线B相和110kV乙线B相同时跳闸。
由于雷电流幅值较大，顶相两回线路跳闸不足以释放雷电流能量，因此会在另一回线路绝缘薄弱点发生绝缘闪络，最终导致110kV丙线B相也跳闸。
由于雷电流的时间非常短，一般情况下，线路遭雷击跳闸均重合成功。
4 改进措施
4.1 采用不平衡绝缘
采用不平衡绝缘是一种解决同塔双回线路雷击同跳问题的方法。不平衡绝缘即人为地造成同塔双回线路之间的绝缘强度差异，在雷电反击杆塔时，使绝缘强度较低的一回线路（低绝缘侧）首先发生闪络以分流雷电流，从而提高绝缘强度较高的另一回线路（高绝缘侧）的耐雷水平。
例如，如果仅考虑110kV甲、乙线同跳问题，可将110kV甲线A相、B相、C相的绝缘子片数减少为8片，则反击耐雷水平计算如下：
表4-1 110kV甲、乙线不平衡绝缘后耐雷水平计算
釆用这种不平衡绝缘以后，可以在雷击闪络时，以110kV甲线两相或者三相跳闸为代价来避免110kV甲、乙线的同跳事故。
本次为三回路同塔架设，还要考虑110kV丙线的同跳问题，如果仍然是简单地将110kV甲线的绝缘子片数减少为8片，那么110kV丙线的耐雷水平就会和110kV乙线的耐雷水平相近，容易发生110kV丙线和110kV乙线的同跳情况。所以，对于多回路同塔架设的杆塔线路，应对逐条线路的逐项进行差异化绝缘的布置。对于本次讨论的三回线路，可考虑以下的不平衡绝缘方式：
表4-2 110kV甲、乙、丙线绝缘子片数和耐雷水平值
4.2 安装线路避雷器
加装避雷器后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
5结论
本文通过雷电定位系统数据及耐雷水平计算分析出本次三回路同塔架设雷击同跳原因及过程，并提出了相应的综合防雷措施。但因雷电现象的复杂性、雷电活动的分散性及雷击因素的多样性，它对线路的危害不可能完全消除和避免，只能通过不断努力探索尝试，将其危害程度降低到最低。
作者简介：
李洪涛（1983- ），男，内蒙古赤峰人，现从事输电线路运维工作。
论文作者:李洪涛,舒应军,武耀群
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/5
标签：线路论文; 杆塔论文; 雷电论文; 导线论文; 避雷线论文; 绝缘子论文; 避雷器论文; 《电力设备》2018年第9期论文;