一起220 kV輸電線路跳閘故障原因分析

王 闖，馬叢淦

(國網北京市電力公司檢修分公司，北京 100069)

0 故障概況

2016-06-27T15：13，某檢修公司管轄的某220 kV線路故障跳閘，重合成功，故障相為A相，故障時為雷雨天氣。

檢查發現，在該線路129號鐵塔垂直排列的中相導線(A相)三、四子導線的上表面有長約0.5 m的放電麻點區，麻點區靠近塔身側，且三子導線下橫擔處鳥刺多個刺針燒融，線路可繼續運行。

1 故障初步分析

1.1 雷電狀況和現場情況分析

查詢雷電方位系統，故障發生的過程持續約1 min，線路1 km范圍內共有8個落雷，線路附近落雷情況的統計如表1所示。

表1 線路附近落雷情況統計

初步分析故障前129號塔中相導線上搭掛有異物，且垂落至下相橫擔附近。在雷雨天氣下引起空氣間隙短接，工頻續流的電弧在靠近塔身的上下子導線上表面形成放電麻點，導致下橫擔鳥刺有多個刺針燒融。

因線路發生故障時為雷雨天氣，最有可能是雷擊或異物短路故障。

在《輸電線路“六防”工作手冊·防雷害》中提到，220 kV線路74.3 %的繞擊故障雷電流幅值在10—15 kA范圍內。雖然該雷電流幅值不大，但足以造成線路繞擊閃絡。

1.2 故障錄波分析

故障錄波如圖1所示。從圖中可以看出，故障發生時間為 2016-07-27T15：13：13.779，較雷電定位系統捕獲到的落雷時間晚1.001 s。

圖1 線路故障錄波

故障發生后，A相相電壓波形和零序電壓波形發生突變，A相相電壓有效值降低為58.35 kV，零序電壓有效值升至131.55 kV。

同時，A相相電流波形和零序電流波形發生突變，A相相電流有效值升至11.93 kA，零序電流有效值升至13.37 kA。根據故障發生前后的電壓、電流波形及有效值的變化情況，可以判斷出此次故障為A相單相接地故障。

1.3 電氣結構分析

經現場測量，129號塔中線三子導線與下線橫擔小號側鳥刺頂端的空氣間隙最小距離為1.8 m，如圖2所示。

圖2 220 kV線路129號中相三子線與鳥刺間最小距離

GB 50545—2010《架空輸電線路設計規范》要求，“在海拔不超過1 000 m的地區，在相應風偏條件下，帶電部分與桿塔構件的最小間隙應符合表7.0.9-1和表7.0.9-2的規定”。對于220 kV線路，導線與桿塔最近距離應滿足雷電沖擊下不小于1.9 m，因此中線三子導線對下線橫擔頭小號側鳥刺的距離不能滿足設計規范要求。

2 綜合分析

此次線路故障，放電通道很明確，即中線三、四子導線與下線橫擔頭鳥刺之間形成了放電通道。形成通道并發生放電的原因可能有以下2個：

(1) 有異物搭掛在中線上，短接了部分或全部空氣間隙，在雷雨天氣時絕緣強度下降，并且有雷電繞擊中線，造成短路放電；

(2) 鐵塔上無任何異物搭掛，雷電繞擊中線后，直接擊穿中線與下線橫擔鳥刺之間的空氣間隙，發生短路。

2.1 對“原因1”的分析

(1) 故障發生4 h后，在19：17登檢時發現故障點，仔細查看中線導線、下線橫擔及鳥刺處，均未發現任何異物。129號塔周圍為空院，空院中未堆放任何雜物，空院外為大面積苗圃，無垃圾堆、廢品回收站等異物來源。

(2) 故障當天，在該220 kV線路附近有線路運維人員正在進行其他線路的巡視工作，運維人員反映當天13：00左右線路所處位置開始下雨，并伴有雷電。通過查詢雷電定位系統，該220 kV線路2 km范圍內自13：09開始即有雷電活動記錄。而故障發生在15：13，至線路故障時降雨已經持續2 h，與雨天異物短路跳閘一般發生在降雨初期的客觀規律不符。

(3) 中線三、四子導線放電麻點分散且痕跡輕微，分布在三子導線0.5 m、四子導線1 m范圍內，似電弧游離所致。如為異物搭掛發生放電，放電麻點應較為集中，并且在異物搭掛處導線應灼燒嚴重。

(4) 中線4條子導線僅在下層的三、四子導線上有放電麻點，上層的一、二子導線無任何放電痕跡，放電特寫如圖3所示。如有異物搭掛，異物繞過上層的2根子導線，穿過450 mm的上下間隙，直接搭掛在水平距離450 mm下層2條子導線上，可能性很小。

圖3 220 kV線路129號中線三、四子導線放電痕跡

2.2 對“原因2”進行分析

(1) 故障時為雷雨天氣，故障鐵塔附近有落雷情況，雷電定位系統捕獲到的落雷時間與故障錄波記錄的故障時間相吻合，并且雷電流幅值足以造成220 kV線路發生繞擊跳閘。

(2) 經測量，中線三子導線對下線橫擔頭小號側鳥刺的距離為1.8 m，不滿足GB 50545—2010規定的帶電部分與桿塔構件的最小間隙不小于1.9 m的要求，在雷電過電壓情況下可能造成空氣間隙擊穿。

(3) 220 kV線路129號使用的絕緣子型號為FXBW-220/160。查詢產品手冊可知，該絕緣子的50 %雷電全波沖擊耐受電壓(峰值)不小于1 000 kV(正極性)。線路129號中線三子導線對下線鳥刺的空氣間隙為1.8 m，且類似于“棒-板”間隙模型，《電力工程高壓送電線路設計手冊(第2版)》可知，“棒-板”間隙50 %沖擊放電電壓約為950 kV(正極性)。合成絕緣子和空氣間隙的負極性沖擊放電電壓較正極性近似同比增加，所以在負極性雷作用下，合成絕緣子的沖擊放電電壓高于中線三子導線對下線鳥刺空氣間隙至少50 kV。也就是說，在線路遭到雷擊時，中線三子導線對下線鳥刺放電比合成絕緣子短路放電的概率要大。

《電力工程高壓送電線路設計手冊(第2版)》第2章“電氣部分”中提到：“試驗表明，降雨對空氣間隙的雷電沖擊擊穿電壓實際上沒有影響”。所以，選用的數據為干擊穿電壓的數據(曲線)。

上述分析過程中為了便于比較，導線對鳥刺的放電模型近似取“棒-板”模型(板為7 m×7 m鋼板)，實際鳥刺的場強分布比“板”不均勻。所以，中線三子線對下線鳥刺之間空氣間隙的50 %沖擊放電電壓較測算值950 kV要小。

3 歷史類似故障

2008-08-14，某220 kV線路曾跳閘。經檢查分析，最終確定故障原因為：35號塔中線三子線懸垂線夾與下線橫擔頭安裝的鳥刺之間因遭受雷擊發生閃絡放電。

4 結論與建議

通過上述分析，此次線路故障的原因為：2016-06-27T15：13，220 kV線路129號鐵塔附近一雷電流幅值為13.6 kA的負極性雷繞擊中線（A相）導線，擊穿中線三、四子導線與下線橫擔頭小號側鳥刺之間的空氣間隙，發生短路放電。經理論分析和事實論證，此次故障應無異物搭掛因素。此次線路故障暴露出，塔下線橫擔頭安裝的鳥刺與中線下子線的距離未滿足設計規范要求，在雷電過電壓情況下存在短路放電風險。

綜上所述，建議在輸電線路運維中檢查、復測所有安裝鳥刺桿塔的帶電部分與鳥刺的最小空氣間隙距離，尤其重點檢查導線垂直排列的桿塔。對于處于空曠地帶的高大桿塔，應加強防雷整治，如安裝線路避雷器、安裝塔頂避雷針、降低桿塔接地電阻等；新建線路時，應減小架空地線保護角，提高絕緣水平。

1 國家電網公司.Q/GDW 1168—2013輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2013.

2 楊勝波，辛洪杰.220 kV直線絕緣子更換安全作業工具探索[J].電力安全技術，2017，19(1)：63-65.

3 國家電網公司.輸電線路“六防”工作手冊·防雷害[M].北京：中國電力出版社，2015.

4 隋 恒，陳 虎，孫圣凱.氧化鋅避雷器內部受潮缺陷的檢測和分析[J].電力安全技術，2016，18(12)：32-34.

5 國家質檢總局.GB50545—2010架空輸電線路設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

6 國家電力公司東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊(第2版)[M].北京：中國電力出版社，2003.