高压输电线路雷击故障诊断与识别研究

高压输电线路雷击故障诊断与识别研究

【摘要】输电线路在日常运行中会发生诸多故障，其中，雷击是其主要故障之一，因此，对雷击故障进行正确的识别和诊断能够有效的改进和提高输电线路的耐雷水平。本文主要就目前输电线路发生雷击中的反击、绕击进行了简单分析，并对其提出了新的识别方案。

【关键词】输电线路；雷击故障；反击；绕击；故障识别

我国高压输电线路跨度大，距离长，分布区域广，且容易受地域和气象条件影响，所以很容易遭受雷击。据相关数据显示，高压输电线路当前的雷击跳闸次数占跳闸比例的50%-70%[1]，因此，当输电线路发生故障时能够快速准确的检测出故障点并进行检修对整个线路的恢复具有相当重要的意义[2]。同时，雷击故障识别对分析雷击故障产生的原因具有一定的指导作用。目前，国内对雷击故障的处理主要是先对故障定位，后检修的方式进行的。本文主要在研究雷击后电流信号特征基础上对输电线路发生的绕击和反击进行了分析。

1 雷击闪络后电流信号的变化特征

如图1所示，该图是对输电线路接地电流的实际情况进行的实测[3]。由图可知，接地故障杆塔下方电流与非故障杆塔电流属于同一个数量级，但避雷线上的分流与杆塔接地电流的比例为7.5%-30%。为了能够对输电线路在雷击故障后的电流变化进行准确分析，我们做了这样一个实验，对一条110kV的输电线路在发生雷击故障后利用EMTP进行分析计算，计算参数如下：避雷线路2*GJ-70，导线型号为LGJQ-200，其阻抗电压为10%，变压器容量为360MV A，得出数据：空载电流值为6A，空载损耗为0.5%。其中，#5和#15故障杆塔的电流可见表1、2.而#2#10的故障杆塔电流见图1、2.综上所得，接地故障杆塔下方电流与非故障杆塔电流属于同[]一个数量级，且入塔的故障电流随着故障点距离不断增大渐渐减少，这一故障点不管出在哪里都应遵循这一规律。流入故障杆塔电流大小相同，方向相反，而流入非故障杆塔电流的大小和方向均相同。所以，可直接利用故障杆塔与非故障杆塔二者的电流分布对雷击故障进行定位。而实际中杆塔的电阻是不一样的，因此，电流分布不会受杆塔接地电阻变化的影响。

2 输电线路发生反击和绕击时的电流变化特征

在对雷击故障点位置确认后，还需对其性质和线路结构进行确定。本文主要利用图2中的110kV的线路和相关线路参数对杆塔线路进行模拟。其中接地处的电阻值为8Ω。雷电流的波形为2.6/50μs，由于雷电流有约90%属于负极性，且雷电流规格中的反击耐雷水平为41-62kA，绕击的耐雷水平在7kA，所以在进行仿真雷击过程中避雷线的电流值为41kA，绕击电流的电流值为-10kA。因为电源对雷击线路上的过电压有一定的影响，所以在进行模拟事项时需将该因素考虑在内，对其进行详细分析。

2.1 输电线路发生反击的电流变化

如图3所示，当雷击电流为41A时，在不考虑线路上电压波的情况下，对电流进行分析。其中，Uoa为A导线上的过电压，Uob为B导线上的过电压，Uoc为C导线上的过电压；Uop为塔顶过电压。当雷击中塔顶时，A、B、C 三根线路的电压波呈现负极性，塔顶电压值最高此时电压波形为正极性，具体见表3.

当雷击电流达到41kA时，线路过电压波形的具体情况表现在，当雷电击中避雷线的时候，A相电压值为89.8kV，雷电击中塔顶时，其过电压波的具体参数如图4.其中A线路与B，C线路差别较大。同时，若雷电流较小，考虑到电源电压等因素，三个导线对过电压的参数有所不同。

由此可见，反击情况下，电源电压最大的是杆塔，在不考虑电源电压时，A、B、C三根导线的感应电压是一样的，考虑电源电压时，最严重的就是当A、C 导线电压达到最高值时，伽马他的极性相反，且A、C线路的电压高于其他线路电压。因此，发生反击时，不能将感应过电压作为特征量。此外，考虑到雷电击中塔顶时，塔顶过电压达到最大值，与没有遭到雷击比较，这一感应还是显得较为明显的。所以，可以将杆塔的点位作为线路反击的特征量。

图3雷击塔顶时三根导线对横担及塔顶的过电压波形

2.2 输电线路发生绕击时的电流变化特征

当A导线被雷电击中时，该导线上的感应过电压远远大于其他两根导线上的过电压，且为零两根导线过电压的4倍有余，如表5和图4所示，与导线上的电压相比较，雷电击中导线时，在塔顶的过电压相对来讲就会小很多，不到导线电压的1/24，所以，感应电压对绕击具有一定的识别能力。同理可得出当雷电击中B、C导线时，根据实际运行情况与防雷设计可知，被绕击的概率是极小的。通过上文中的结果可知，当雷电绕击导线时，该导线上的过电压是其他导线的4-5倍，由此可见，可直接通过导线上的电流变化来判断是否绕击。

图4 10kA的标准雷电流雷击A导线

3 综合分析

通过以上分析可知，装有架空地线的输电线路发生雷击故障时，接地故障杆塔下方电流与非故障杆塔电流属于同一个数量级，且杆塔故障电流会随着故障点距离的拉大而逐渐减少，并且故障杆塔两端的避雷线上的电流大小相同，方向相反，而非故障杆塔避雷线上的电流大小和方向均相同。同时，在发生反击时可直接通过杆塔的电流变化情况对线路进行识别，而在线路发生绕击时，其绕击线路上的过电压是其他线路过电压的4到5倍，所以可以通过导线变化情况对其进行识别。

4 结语

综上所述，雷击是造成高压输电线路短路的主要原因之一，为降低雷击跳闸率，需对雷击故障进行充分的分析和检测，并从雷电反击和绕击两种类型对其进行详细的分析探讨，通过采用避雷器，提高线路绝缘水平来提高输电线路的耐雷水平。

参考文献：

[1]梅贞，陈水明，顾勤炜等.2000—2008年全国雷电灾害事故统计[J].高电压技术，2011（12）.

[2]刘晓东.110 kV 线路几起雷击故障分析及其对策[J].高电压技术，2012 （9）.

[3]刘先进，胡毅.差动式线路故障指示器的研究[J].高电压技术，2012（3）.