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输电线路雷击故障查找探讨

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输电线路雷击故障查找探讨_第1页
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湖南省位于我国东南腹地,地势整体由南向北倾斜,东南西三面环山,北部为 洞庭湖平原,中部多为丘陵、盆地,全省地貌以山地、丘陵为多,形成向北开口的 马蹄形盆地,境内山地约占总面积的一半,平原、盆地、丘陵、水面约占一半,因 处亚热带湿润季风气候区,四季分明,属于典型南北气候过渡带,冷暖空气交汇频 繁,雷电灾害频发,年均雷暴日数50~60 d,最高达90 d以上,属于雷电灾害多发地 区2007年湖南省雷电定位系统监测到闪电601 265个,且主要集中在6~8月份, 约占落雷总数的73%,全省落雷密度为2. 83次/km&落雷日为129 d,雷电流幅值大 于20 kA的占55%,大于30 kA的占29%,超过100 kA雷电流为0. 87%2007年全省110 kV及以上输电线路因设备本体缺陷、外界因素影响造成故 障跳闸共计321条次,其中雷击故障160条次,约占50%对全省220 kV及以上线路 的21个雷击故障点进行了现场核查,并区分绕击雷和反击雷,可以确认为绕击雷 15次,约占71. 4%,多发生位于山顶、边坡和跨越水田中的杆塔,雷电流幅值主要 分布在15. 3~56. 7 kA之间;确认为反击雷4次,另有2次不能区分是绕击雷还是 反击雷。

输电线路频繁发生雷击故障,严重影响电网的安全运行运行部门为了及时 查找故障点,并消除隐患,需要及时安排大量人员进行特巡分析并总结雷击故障 特征,准确判断故障性质及故障点位置,对合理安排巡线人员,快速查找到故障点 具有重要的意义1雷击故障的特征对雷击故障进行现场调查和分析,发现雷击故障特征可从雷电定位系统监测 结果、故障点痕迹等方面进行区分1.1故障录波图故障录波图包含线路故障时间、故障相别、故障测距、重合闸状态、故障持 续时间、故障电流大小、电压畸变程度及电压畸变波形等信息,通过这些信息可 以初步判断故障的性质雷击为金属性或接近金属性接地(即电弧短路),90%以 上为单相接地故障,故障波形在故障录波图上表现为正弦波,故障持续时间短(约 几十毫秒),保护测距和故障录波测距之间相差不大,且两端测距无交叉和空档, 故障测距比较准确,与现场故障点较吻合绝大部分雷击故障时重合闸能动作成 功故障相的电压波形明显下降,且基本无毛刺,故障电流较大,超过4倍的运行电 流风偏跳闸故障的录波图与此类似树(竹)线放电、山火、鸟害、污(冰)闪、 复合绝缘子缺陷等大多属于非金属性接地故障(高阻性接地故障,带过渡电阻的 接地故障),在录波图上表现为波形畸变,可能有毛刺,持续时间较长,测距数据紊 乱,两端测距有明显交叉甚至超过线路长度,电压波形下降不明显,故障电流值不 大等等。

此类故障绝大部分重合闸动作不成功1.2雷电定位系统监测结果雷电定位系统综合运用了 GPS全球定位系统、GIS地理信息系统及RSI遥测 遥控系统技术,应用微机技术实现对覆盖区域雷电活动进行实时监测,包含 雷击发生的时间、地点,雷电流幅值、极性和回击次数等雷电特征参数,具有指导 输电线路雷击故障点查找、判断输电线路故障性质、雷暴预警、提供电网规划及 建设防雷水平设计依据等作用湖南省电力公司雷电定位系统由23个探测站和1 个中心站组成,集电场、磁场时差于一体,引入全球定位系统(GPS)时钟为信标, 采用了磁方向定位、双曲线定位、以及方向+时差联合定位等多种定位算法,可保 证同一落雷有3个及以上探测站交汇,具有动态测量范围宽,抗干扰性能强、探测 灵敏度高、覆盖范围广等特点,初步分析认为误差小于1. 5 km的覆盖范围为湖 南省面积的95. 3%以上,有效定位区域接近100%因此,只要是输电线路发生雷击 故障,路故障发生前后5min及线路走廊5 km范围内会有落雷记录(充分考虑 了时间及线路坐标误差影响),如果有落雷,则根据雷电特征参数对雷击故障初步 区分是雷电反击故障或雷电绕击故障,并对故障点进行针对性查询;否则,应考虑 其它原因。

1.3故障点痕迹输电线路故障性质不同,在相应部位留下的放电痕迹也不同,分析总结雷击 故障痕迹有下面几种情况塔形不同,雷击放电痕迹不同:(a)直线杆塔的悬垂绝缘子串雷击放电后,绝 缘子伞裙(或瓷裙)边缘有明显烧伤,呈直线分布,且横担侧、导线侧绝缘子烧伤最 严重;横担侧绝缘子钢帽及挂点金具之间的联接点会有烧熔痕迹,悬垂线夹或导 线有明显的银白色亮斑,如安装有均压环,则主放电点在均压环上b)耐张杆塔 如无跳线串,且跳线不是规则的半圆形,因雷击后放电沿最小空气间隙行进,一般 不会沿绝缘子串击穿,而是沿直线烧伤横担侧若干片绝缘子后(烧伤片数与跳线 形状有关)对跳线放电;如跳线弧垂较大,也可能沿耐张绝缘子串放电(c)对于干 字型耐张塔,如跳线串长度小于耐张串,雷击后因塔头电压升高较多,一般中相跳 线串被击穿,放电痕迹同直线杆塔绝缘子串或空气间隙被击穿后,由于工频续流 的继续作用会将连接金具烧伤,横担侧烧伤最严重绝缘子类型不同,雷击放电痕迹不同,且主要表现为绝缘子上表面烧伤,下表 面不会有明显痕迹:(a)瓷质绝缘子上表面放电痕迹明显,烧伤点中部呈白色或 白色夹杂黑点,部分瓷釉会脱落,痕迹边缘呈黄色或黑色,钢帽放电处镀锌层烧熔 形成圆形银白色亮斑;对于瓷质悬式绝缘子,如绝缘子串中有零值或低值瓶,由于 其水泥混合剂中进入水分,雷击后,在大电流的作用下水分发热膨胀,会使钢帽、 钢脚分离,发生掉线事故。

b)玻璃钢绝缘子放电痕迹不如瓷质绝缘子明显,尤其 是500 kV线路,玻璃钢表面的烧伤点会有小块的波纹状痕迹,中部个别绝缘子钢 帽上有直径1 cm左右的银色亮斑;采用空气动力型绝缘子插花处理的防冰闪绝缘子串,绝缘子表面烧伤痕迹较明显,而其它普通绝缘子无明显烧伤痕迹C)复合 绝缘子的烧伤痕迹也比较明显,横担侧与导线侧部分伞裙颜色会变浅,烧伤中心 呈白色逐步向外过渡成棕色,上下端金属部分有明显烧伤,对于配置有均压环的 复合绝缘子,均压环上会有明显的主放电痕迹如果接地引下线连接螺栓紧固不到位,在发生雷击放电时也会有放电痕迹 但有痕迹并不能说明是雷击故障点,可能是雷击在架空地线或杆塔上,不一定引 起跳闸,只能作为参考,且必须提倡这样做此外,雷击故障还与天气状况有关,雷雨天气易发生线路雷击故障2雷击跳闸故障性质雷击跳闸性质一般分为雷电绕击与雷电反击2种根据线路雷击跳闸故障杆塔位置(地形情况)、闪络相别(相数、位置)、跳闸 时间及相关保护动作情况、故障录波情况、重合闸情况及闪络痕迹等内容,结合 接地装置检查结果、雷电定位系统提供的雷电流参数,可对雷击跳闸故障性质进 行鉴别通常,当幅值较高雷电流直击线路杆塔塔顶或避雷线,在杆塔接地电阻值偏 高不能迅速分流的情况下,反击概率较高;反之,当幅值较小的雷电流先导放电时, 地线绝缘间隙上的电场强度不足以使间隙击穿而发出迎面先导,地线起不到屏蔽 作用,可能导致雷电绕击导线的概率较高。

根据雷电定位系统多年统计结果认为, 引起线路雷击跳闸的雷电流幅值有2部分:一是雷电流幅值较小,为10~50 kA (占 多数),引起线路遭受雷电绕击并跳闸;二是雷电流幅值超过100 kA (占少数),引 起线路遭受雷电反击并跳闸;而雷电流幅值为50 ~100 kA时,很少引起线路雷击 跳闸,因幅值较小的雷电流可能绕击线路导线造成绕击跳闸,幅值较大的雷电流 击中杆塔或地线,可能造成反击跳闸,中等幅值的雷电流或击于地线,或击于地面, 均不会造成跳闸实际情况与线路杆塔的耐雷水平、架空地线的保护角等因素有 关,而不同电压等级的输电线路耐雷水平有明显的差别3快速查找雷击故障点的方法要高效、快速查找到故障点,要求对故障性质判断准确,故障查找组织合理, 快速到达现场,查找过程细致3.1故障性质判断输电线路发生跳闸故障,调度部门一般会及时通知线路运行部门开展查线工 作,同时调度部门一般会给出初步的故障测距数据和重合闸动作情况线路运行 部门在接到故障查线的通知后,应首先根据输电线路故障发生的季节和时间、气 候状况、故障录波(测距)数据、自动重合闸动作情况等数据对输电线路的故障性 质进行初步判断,必要时应及时向线路两端变电站索取故障录波图进行仔细分析, 然后针对不同的故障性质和线路状况采取针对性的故障巡线措施。

不同的故障性质需要各线路运行部门不断进行总结,仅对部分故障性质进行简要描述,以供参 考a•雷击故障:发生在雷雨天气,为金属性接地故障,大多数为单相故障时能 够重合闸成功,故障点与故障测距一致性较好查询雷电定位系统,路跳闸前 后5min及线路走廊5 km范围内能够监测到明显的落雷记录根据故障测距数据 和杆塔档距可计算出故障点的大致杆塔位置b •施工误碰故障:大部分出现在白天,且天气良好或有风,单相故障,多为下 相,属于金属性接地故障,故障电流较大,重合闸动作一般不易成功,所以线路运 行单位应对线路附近的施工情况进行详实的记录和备案c•异物导致故障:此类故障主要因导线挂上异物而发生,故障发生时异物往 往被烧毁,重合闸动作成功的几率较大大风天气刮上金属性物体或线路上悬挂 的塑料布、绳子等异物在小雨、浓雾天气都可能引发线路故障,此类故障表现为 非金属性接地故障这就要求巡线人员对线路附近的超高物体或导线上没有及时 处理的异物作好记录d•复合绝缘子的闪络属于非金属性接地故障,一般都能重合闸动作成功,大 部分发生在深夜至凌晨网上负荷较小、系统电压较高的时间段,尤其是凌晨的发 生率最高闪络的杆塔多为直线杆塔,主要集中在雨雾和雷雨天气,多因鸟粪、鸟 展翅起飞引起。

巡线人员对复合绝缘子上的鸟粪应有记录,对线路附近大鸟的活 动应有所了解e•污闪故障:污闪主要发生路周边有水泥厂、铁厂、公路等污源区域段, 一般易发生在久旱后突然降温并出现浓雾或毛毛雨的天气此外,冰闪也是污闪 的一种,通常在输电线路发生严重的雨凇覆冰,且线路绝缘子结构高度不足、污秽 相对严重的区域污闪故障是一种非金属性接地故障,在故障录波图上会反映出 电压波形有明显毛刺f•交跨物或树害故障有记录的交跨或树木引发的故障往往出现路负 荷过重或春夏之交以及夏季的高温天气树害一般为非金属性接地湖南在2008 年初发生特大冰灾后,由于部分地线弧垂过大未能及时的调整或者抢修后的架空 地线发生了滑移,在阴雨、有风的天气中发生多起导、地线放电的故障,此类故障 属于金属性接地故障另外还有断线及倒塔故障等大雪无风天气由于导线上积雪过多易断线,雨 夹雪冰冷天气轻载线路会因覆冰断线,线路负荷过重且存在导线接头接触不良的 问题容易引发接头发热烧断故障3.2故障查找工作的组织在对线路故障性质进行了初步分析,并初步确定了故障点位置后,就需要合 理组织故障巡线人员,安排车辆,以求快速查找到故障点首先,必须召集足够合适的人员,并将故障数据、分析定性结果、现场情况及 巡视重点向全体人员进行详细的交代,做到每个人都心中有数。

建议采用二分法 进行故障查找,即将人员分为2组,以估计故障点为中心,向两端分别进行故障巡 线,同时应重点对跳闸相进行检查,以求提高效率其次,要求故障查线人员必须认真负责,不能因为难于到位而漏过任何可疑 点针对雷击跳闸故障,还必须登杆对绝缘子及金具等处的闪络痕迹进行确认 另外,故障巡线时除了注意线路本身各部件及重点故障相外,还应注意附近环境, 如交跨、树木、建筑物和临时的障碍物、沿线的施工情况;杆塔下有无线头木棍、 烧伤的鸟兽以及损坏了的绝缘子等物发现与故障有关的物件和可疑物时,应收 集起来并进行拍照,将故障点周围情况作好记录,作为事故分析的依据如果排除 了全部的可疑点后,在重点地段没有发现故障点,应扩大巡视范围或全线巡视,也 可以进行内部交叉巡视3.3雷击故障点的检查为预防雷击跳闸故障,对查找到的雷击故障点应进行检查,对雷击情况进行 分。

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