一起220 kV输电线路跳闸故障原因分析

王 闯，马丛淦

(国网北京市电力公司检修分公司，北京 100069)

0 故障概况

2016-06-27T15：13，某检修公司管辖的某220 kV线路故障跳闸，重合成功，故障相为A相，故障时为雷雨天气。

检查发现，在该线路129号铁塔垂直排列的中相导线(A相)三、四子导线的上表面有长约0.5 m的放电麻点区，麻点区靠近塔身侧，且三子导线下横担处鸟刺多个刺针烧融，线路可继续运行。

1 故障初步分析

1.1 雷电状况和现场情况分析

查询雷电方位系统，故障发生的过程持续约1 min，线路1 km范围内共有8个落雷，线路附近落雷情况的统计如表1所示。

表1 线路附近落雷情况统计

初步分析故障前129号塔中相导线上搭挂有异物，且垂落至下相横担附近。在雷雨天气下引起空气间隙短接，工频续流的电弧在靠近塔身的上下子导线上表面形成放电麻点，导致下横担鸟刺有多个刺针烧融。

因线路发生故障时为雷雨天气，最有可能是雷击或异物短路故障。

在《输电线路“六防”工作手册·防雷害》中提到，220 kV线路74.3 %的绕击故障雷电流幅值在10—15 kA范围内。虽然该雷电流幅值不大，但足以造成线路绕击闪络。

1.2 故障录波分析

故障录波如图1所示。从图中可以看出，故障发生时间为 2016-07-27T15：13：13.779，较雷电定位系统捕获到的落雷时间晚1.001 s。

图1 线路故障录波

故障发生后，A相相电压波形和零序电压波形发生突变，A相相电压有效值降低为58.35 kV，零序电压有效值升至131.55 kV。

同时，A相相电流波形和零序电流波形发生突变，A相相电流有效值升至11.93 kA，零序电流有效值升至13.37 kA。根据故障发生前后的电压、电流波形及有效值的变化情况，可以判断出此次故障为A相单相接地故障。

1.3 电气结构分析

经现场测量，129号塔中线三子导线与下线横担小号侧鸟刺顶端的空气间隙最小距离为1.8 m，如图2所示。

图2 220 kV线路129号中相三子线与鸟刺间最小距离

GB 50545—2010《架空输电线路设计规范》要求，“在海拔不超过1 000 m的地区，在相应风偏条件下，带电部分与杆塔构件的最小间隙应符合表7.0.9-1和表7.0.9-2的规定”。对于220 kV线路，导线与杆塔最近距离应满足雷电冲击下不小于1.9 m，因此中线三子导线对下线横担头小号侧鸟刺的距离不能满足设计规范要求。

2 综合分析

此次线路故障，放电通道很明确，即中线三、四子导线与下线横担头鸟刺之间形成了放电通道。形成通道并发生放电的原因可能有以下2个：

(1) 有异物搭挂在中线上，短接了部分或全部空气间隙，在雷雨天气时绝缘强度下降，并且有雷电绕击中线，造成短路放电；

(2) 铁塔上无任何异物搭挂，雷电绕击中线后，直接击穿中线与下线横担鸟刺之间的空气间隙，发生短路。

2.1 对“原因1”的分析

(1) 故障发生4 h后，在19：17登检时发现故障点，仔细查看中线导线、下线横担及鸟刺处，均未发现任何异物。129号塔周围为空院，空院中未堆放任何杂物，空院外为大面积苗圃，无垃圾堆、废品回收站等异物来源。

(2) 故障当天，在该220 kV线路附近有线路运维人员正在进行其他线路的巡视工作，运维人员反映当天13：00左右线路所处位置开始下雨，并伴有雷电。通过查询雷电定位系统，该220 kV线路2 km范围内自13：09开始即有雷电活动记录。而故障发生在15：13，至线路故障时降雨已经持续2 h，与雨天异物短路跳闸一般发生在降雨初期的客观规律不符。

(3) 中线三、四子导线放电麻点分散且痕迹轻微，分布在三子导线0.5 m、四子导线1 m范围内，似电弧游离所致。如为异物搭挂发生放电，放电麻点应较为集中，并且在异物搭挂处导线应灼烧严重。

(4) 中线4条子导线仅在下层的三、四子导线上有放电麻点，上层的一、二子导线无任何放电痕迹，放电特写如图3所示。如有异物搭挂，异物绕过上层的2根子导线，穿过450 mm的上下间隙，直接搭挂在水平距离450 mm下层2条子导线上，可能性很小。

图3 220 kV线路129号中线三、四子导线放电痕迹

2.2 对“原因2”进行分析

(1) 故障时为雷雨天气，故障铁塔附近有落雷情况，雷电定位系统捕获到的落雷时间与故障录波记录的故障时间相吻合，并且雷电流幅值足以造成220 kV线路发生绕击跳闸。

(2) 经测量，中线三子导线对下线横担头小号侧鸟刺的距离为1.8 m，不满足GB 50545—2010规定的带电部分与杆塔构件的最小间隙不小于1.9 m的要求，在雷电过电压情况下可能造成空气间隙击穿。

(3) 220 kV线路129号使用的绝缘子型号为FXBW-220/160。查询产品手册可知，该绝缘子的50 %雷电全波冲击耐受电压(峰值)不小于1 000 kV(正极性)。线路129号中线三子导线对下线鸟刺的空气间隙为1.8 m，且类似于“棒-板”间隙模型，《电力工程高压送电线路设计手册(第2版)》可知，“棒-板”间隙50 %冲击放电电压约为950 kV(正极性)。合成绝缘子和空气间隙的负极性冲击放电电压较正极性近似同比增加，所以在负极性雷作用下，合成绝缘子的冲击放电电压高于中线三子导线对下线鸟刺空气间隙至少50 kV。也就是说，在线路遭到雷击时，中线三子导线对下线鸟刺放电比合成绝缘子短路放电的概率要大。

《电力工程高压送电线路设计手册(第2版)》第2章“电气部分”中提到：“试验表明，降雨对空气间隙的雷电冲击击穿电压实际上没有影响”。所以，选用的数据为干击穿电压的数据(曲线)。

上述分析过程中为了便于比较，导线对鸟刺的放电模型近似取“棒-板”模型(板为7 m×7 m钢板)，实际鸟刺的场强分布比“板”不均匀。所以，中线三子线对下线鸟刺之间空气间隙的50 %冲击放电电压较测算值950 kV要小。

3 历史类似故障

2008-08-14，某220 kV线路曾跳闸。经检查分析，最终确定故障原因为：35号塔中线三子线悬垂线夹与下线横担头安装的鸟刺之间因遭受雷击发生闪络放电。

4 结论与建议

通过上述分析，此次线路故障的原因为：2016-06-27T15：13，220 kV线路129号铁塔附近一雷电流幅值为13.6 kA的负极性雷绕击中线（A相）导线，击穿中线三、四子导线与下线横担头小号侧鸟刺之间的空气间隙，发生短路放电。经理论分析和事实论证，此次故障应无异物搭挂因素。此次线路故障暴露出，塔下线横担头安装的鸟刺与中线下子线的距离未满足设计规范要求，在雷电过电压情况下存在短路放电风险。

综上所述，建议在输电线路运维中检查、复测所有安装鸟刺杆塔的带电部分与鸟刺的最小空气间隙距离，尤其重点检查导线垂直排列的杆塔。对于处于空旷地带的高大杆塔，应加强防雷整治，如安装线路避雷器、安装塔顶避雷针、降低杆塔接地电阻等；新建线路时，应减小架空地线保护角，提高绝缘水平。

1 国家电网公司.Q/GDW 1168—2013输变电设备状态检修试验规程[S].北京：中国电力出版社，2013.

2 杨胜波，辛洪杰.220 kV直线绝缘子更换安全作业工具探索[J].电力安全技术，2017，19(1)：63-65.

3 国家电网公司.输电线路“六防”工作手册·防雷害[M].北京：中国电力出版社，2015.

4 隋 恒，陈 虎，孙圣凯.氧化锌避雷器内部受潮缺陷的检测和分析[J].电力安全技术，2016，18(12)：32-34.

5 国家质检总局.GB50545—2010架空输电线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

6 国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册(第2版)[M].北京：中国电力出版社，2003.