为例
摘要：本文主要以兴文线跳闸事故为例，分析雷电绕击对110kV输电线路的危害。借助电气几何模型深入挖掘消除雷电绕击的关键要素，在110kV输电线路中合理安装避雷装置，优化接地电阻，调整放电间隙，从根本上降低雷电绕击跳闸的可能性，为输配电管理工作的开展提供参考依据。
关键词：输电线路；雷击跳闸；原因；防控
110kV输电线路运行状态直接影响着居民用电质量，已经成为新时期人们关注的焦点。广东地区雷雨天气较为频繁，很容易出现由雷电击穿、积雨闪络等导致输电线路故障跳闸。尤其是雷电绕击故障，不仅会使绝缘子击穿，还可能导致线路、设备烧毁，造成人员伤亡，在110kV输电线路运维过程中需全面重视。 1 兴文线故障跳闸概况
某市110kV兴文线（兴福变电站至文福变电站）线路全长11.59km，采用LGJ-185型导线、LGJ-95（N1-N5、N11-N35）型和GJX-50（N5-N11）型架空地线，与110kV华兴线和110kV文北线相连，见图1。
图1 110kV文兴线概况
2020年03月23日14时兴文线故障跳闸，电流差动保护动作：
（1）重合闸动作，重合成功，故障相C相，故障电流42.7A，故障零序电流28.92A，故障差动电流52.87A，测距离110kV兴福站9.2kM，变比600/5；
（2）距离I段保护动作，动作重合闸动作，重合成功，故障相C相，故障电流11.16A，故障零序电流25.03A，故障差动电流54.11A，测距离110kV文福站1.6kM，变比600/5。 2 110kV输电线路故障跳闸检查及分析 2.1 巡检结果
检修人员对110kV输电线路故障跳闸现场进行巡查后发现110kV兴文线一二次设备正常，#31塔C相复合绝缘子均压环有闪络痕迹（见图2）。
图2 #31塔C相故障复合绝缘子故障情况
调查资料显示：#31杆为单回路双杆（型号为H4-13.8），导线型号为LGJ-185，地线型号GJX-50。现场实测接地电阻值为三极法5.52Ω，保护角为0°，边侧屏蔽不足。110kV文兴线故障跳闸时为雷雨时段，雷电击中后31#杆绝缘子瞬时电流为-19.kA，线路两端测距为前侧-47.3，后侧为7.1（见图3）。
图3 31#塔雷电定位情况
由此，雷电绕击110kV文兴线直流双杆后造成绝缘子、均压环放电，致使线路故障跳闸。 2.2 原因分析
110kV输电线路雷电绕击跳闸大多发生在架空线路上，这主要是由于架空线路对雷电吸引力更大。
从电气模型可以确定，当110kV输电线路避雷线保护角为0°时，能够屏蔽绕击。但在实际运行时，受库仑力的影响雷电下行过程中会产生先导电荷，同时还会使地面突出物产生相反的感应电荷。当避雷线半径小于架空线路半径时，架空线路的感应电荷对先导电荷的吸引力更大，从而造成雷电绕击于线路。
就110kV文兴线故障跳闸而言，避雷线半径仅为4mm，架空导线半径达到11mm，此时架空线路感应电荷对雷电下行先导电荷的吸引力是避雷线吸引力的2.8倍，远远高于避雷线吸引力。雷电下行时31#塔线路直接将感应电荷吸引过来，导致雷电落在导线上，击穿绝缘子、均压环。这是新时期影响输110kV配电线路运行安全性、稳定性的关键，需适当在两侧设置屏蔽保护或调整保护角。 3 110kV输电线路保护装置的优化 3.1 优化避雷系统，安装避雷器
我国110kV输电线路中大多为传统避雷线，防雷击效果较差。为此，在运维中需进行避雷线改造，可选用光纤复合地线作为地线，借助OPGW光缆特性提升继电保护传输效果；还需进行绝缘子改造，依照避雷等级更换合成绝缘子，适当增加绝缘子串的片数，安装完成后矫正风偏距离及对地间距。
因110kV文兴线#31塔绝缘子损坏，缺少避雷装置，在故障处理时应更换C相雷击的复合绝缘子和均压环，结合历史落雷数据、故障跳闸情况和地理信息，加装线路避雷器，提高综合防雷的水平。
3.2 降低接地电阻，调整保护角。
110kV输电线路设计时应严格依照安全规范开展实地测量，确定周围环境和防雷等级后合理设置接地电阻，保证阻值满足安全用电需求。一般尽量降低110kV输电线路接地电阻，在绝缘子串耐受阈值基础上使用填充物、降阻剂等，或采用深埋接地极，减小故障跳闸概率。110kV文兴线故障后检修人员开展接地电阻检测，对不合格电阻杆塔进行地网开挖检查及整改，防雷击效果明显改善。
与此同时，110kV输电线路设计时还需要注意周围地形，合理调整保护角。在横断面较多区域、斜坡地区应家装边侧屏蔽装置，增强线路避雷保护效果；依照线路实际状况减小保护角，可适当将其调整为负值，增强线路耐雷水平。 3.3 设置放电间隙，增加耦合线。
并联金属电极能够使绝缘子串构成放电间隙，降低雷击损害，可根据绝缘子材质选择对应并联间隙装置。从过电压保护原理来看，雷电击中线路后绝缘子串上瞬间电压骤升，并联间隙电压基本不变，此时保护间隙放电至电极端头，使电极端头吹开，降低了绝缘子串电弧灼烧的可能性。因此，110kV输电线路绝缘子串安装时可选用适当金属电极构成并联保护间隙，从而提升输配电的稳定性、可靠性和有效性。除此之外，还可以在架空线路中增加耦合
地线，通过该线路实现过电压保护。这种耦合地线要根据塔杆结构、塔杆强度、线弧垂对地状况等适当设置，不可影响导线之间的电气距离。 4 110kV输电线路故障巡检的优化 4.1 综合化管理平台的构建
110kV输电线路故障跳闸处理中应形成智能平台，依照智能电网运行现状实现实时化监测、动态化管控。尤其是在防雷基础管理方面，要在广东省雷电定位系统中拓展功能模块，构建防雷数据库，对历史数据、雷电信息、故障跳闸等进行全面记录，定期开展防雷分析和防雷管控，从根本上降低输电线路雷电绕击跳闸的可能性。
兴文线已在综合管理系统中增加环境气候监测数据，将气象数据、天气状况等记录在后台中，为本次110kV输电线路跳闸故障处理提供了非常有价值的天气线索，大大降低了本次故障检查和处理工作难度。 4.2 智能化巡检工作的开展
传统巡检过程中主要通过人工巡检开展，受工作环境、周围地势等影响，人员很难靠近故障点，巡检工作量非常大。无人机能够在远程控制下多角度查找故障点，快速定位，并近距离靠近故障区域，拍摄线路故障情况，在一定程度上保障了巡检人员人身安全，已经成为新时期110kV输电线路巡检的关键。
无人机巡检主要包括机载和地面站两部分。前者能够通过可见光相机拍摄110kV输电线路情况，并通过信号转换将图像信息远程传输到地面站；后者设置专门软件，将接收到的图像信息转化为可视化图形，供巡检人员查看，确定区域110kV输电线路运行情况。为提升无人机巡检的精度，可通过遥控装置实时调整无人机中相机的焦距，从而保证不同高度情况下均可以拍摄到清晰的巡检图像。文兴线附近林木茂盛，地形复杂，本次人工故障巡检难度较大，因此借助无人机开展。观察无人机拍摄的图像可清晰地发现110kV兴文线#31塔C相复合绝缘子均压环有闪络痕迹，巡检效果显著。
无人机巡检不仅可以用在日常巡检中，还可以针对特殊天气特定开展。如事先查看天气预报，在雷雨、暴雪等恶劣天气时遥控无人机对主要线路、易故障线路等进行巡检。尤其是容易发生雷电区域线路，应加强巡视，一旦故障及时结合无人机巡查图像制定处理方案，全面提升110kV输电线路运行的稳定性。 4.3 智能化故障检测的开展
110kV输电线路故障检测也可借助无人机开展，通过增加雷达检测装置、红外检测装置等让无人机快速巡检线路情况，确定故障点，从而避免人工巡检损耗时间长、工作量大的问题。
无人机雷达检测时主要通过相机拍摄110kV输电线路图像，查找故障点，并配合雷达测距确定该点到标定点的距离、检测周围障碍物与故障点的间距，为故障点的检测和故障方案的制定提供有效数据支撑；无人机红外检测时主要通过红外线探测110kV输电线路是否存在异常过热，能够在红外成像分析基础上快速探伤，快速查找相机直观拍摄无法辨别的故障，实现了110kV输电线路故障检测效益的全面优化。 5 总结
110kV输电线路故障跳闸往往是由自然灾害、设备老化、外力破坏等引起。尤其是雷电灾害引起的故障跳闸，应做好智能管理和防控，依照区域雷电灾害情况及电网运行安全需求增加绝缘装置、优化绝缘性能、改善绝缘效果，从内外两部分着手，增强110kV输电线路的安全性、稳定性和可靠性，提升其输电质量和运行效益。
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